LED的调光原理分析与设计实例

作者：时间：2011-01-14来源：网络收藏

当正向电流为350mA 时，主波长为545.8nm；当正向电流减小为200mA 时，主波长为548.6nm；当正向电流减小为100mA时，主波长为550.2nm。正向电流的改变也会引起色温的变化（图4）。

图4. 白光LED的色温和正向电流的关系

由图4可知，当正向电流为350mA时，色温为5734K，而正向电流增加到350mA时，色温就偏移到5636K。电流再进一步减小时，色温会向暖色变化。

当然这些问题在一般的实际照明中可能不算是一个大问题。然而在采用RGB的LED系统中，就会引起彩色的偏移，而人眼对彩色的偏差是十分敏感的，因此也是不能允许的。

1.3 调电流会产生使恒流源无法工作的严重问题

然而在具体实现中，用调正向电流的方法来调光可能会产生一个更为严重的问题。

我们知道LED通常是用DC-DC的恒流驱动电源来驱动的，而这类恒流驱动源通常分为升压型或降压型两种（当然还有升降压型，但由于效率低、价钱贵而不常用）。究竟采用升压型还是降压型是由电源电压和LED负载电压之间的关系决定的。假如电源电压低于负载电压就采用升压型；假如电源电压高于负载电压就采用降压型。而LED的正向电压是由其正向电流决定的。从LED的伏安特性（图5）可知，正向电流的变化会引起正向电压的相应变化，确切地说，正向电流的减小也会引起正向电压的减小。所以在把电流调低的时候，LED的正向电压也就跟着降低。这就会改变电源电压和负载电压之间的关系。

图5. LED 的伏安特性

例如，在一个输入为24V 的LED 灯具中，采用了8 颗1W 的大功率LED 串联起来。在正向电流为350mA 时，每个LED 的正向电压是3.3V。那么8 颗串联就是26.4V，比输入电压高。所以应该采用升压型恒流源。但是，为了要调光，把电流降到100mA，这时候的正向电压只有2.8V，8 颗串联为22.4V，负载电压就变成低于电源电压。这样升压型恒流源就根本无法工作，而应该采用降压型。对于一个升压型的恒流源一定要它工作于降压是不行的，最后LED 就会出现闪烁现象。实际上，只要是采用了升压型恒流源，在用调正向电流调光时，只要调到很低的亮度几乎一定会产生闪烁现象。因为那时候的LED 负载电压一定是低于电源电压。很多人因为不了解其中的问题，还总要去从调光的电路里去找问题，那是徒劳无益的。

采用降压型恒流源问题会少一些，因为如果本来电源电压高于负载电压，当亮度是往低调，负载电压是降低的，所以还是需要降压型恒流源。但是如果调到非常低的正向电流，LED 的负载电压也变得很低，那时候降压比非常大，也可能超出了这种降压型恒流源的正常工作范围，也会使它无法工作而产生闪烁。

1.4 长时间工作于低亮度有可能会使降压型恒流源效率降低温升增高而无法工作

一般人可能认为向下调光是降低恒流源的输出功率，所以不可能会引起降压型恒流源的功耗加大而温升增高。殊不知当降低正向电流时所引起的正向电压降低会使降压比降低。而降压型恒流源的效率是和降压比有关的，降压比越大，效率越低，损耗在芯片上的功耗越大。图 6 是SLM2842J 的效率和降压比的关系曲线。

图6. 降压型恒流源的效率和降压比的关系

图中的输入电压为35V，输出电流为2A，当输出电压为30V 时，效率可以高达97.8%。但是当输出电压降低到20V 时，效率就降为96%；当输出电压降低为10V 时，效率就降低为92%。在这三种情况下，尽管其输出功率依次为60W，40W 和20W，但是其损耗功率却依次为1.2W，1.6W，1.6W。后两种情况下功耗增大了33%。假如恒流模块的散热系统设计得非常临界，增加33%的耗散功率就有可能会使芯片的结温升高，以致发生过温保护而无法工作，严重时也有可能使芯片烧毁。

1.5 调节正向电流无法得到精确调光

因为正向电流和光输出并不是完全正比关系，而且不同的LED 会有不同的正向电流和光输出关系曲线。所以用调节正向电流的方法很难实现精确的光输出控制。

二．采用脉宽调制（PWM）来调光

LED 是一个二极管，它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微秒以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此，只要把电源改成脉冲恒流源，用改变脉冲宽度的方法，就可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制（PWM）调光法。图7 表示这种脉宽调制的波形。假如脉冲的周期为tpwm，脉冲宽度为ton，那么其工作比D（或称为孔度比）就是ton/tpwm。改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED 的亮度。