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大功率LED驱动电源的设计要素

作者:时间:2013-08-25来源:网络收藏

(Lighty Emitting Diode),又称发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的半导体发光器件。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/222467.htm

近几年,技术取得了突飞猛进的发展,在发光亮度和效率方面具有明显的提高,尤其是,更被寄以厚望,并逐步取代以往的光源,成为照明领域的新一代绿色光源。它具有光效高、低功耗、寿命长、稳定性高、光色纯、安全性好、可控性强等优点。

然而LED所需的为直流的低电压,所以传统上用以驱动灯泡(钨丝)、日光灯、节能灯、钠灯等光源的电源并不适合直接驱动LED;而普通的降压、稳压电源必须重新改良后,才能适用于驱动大功率LED。

本文根据大功率LED的工作特性,对市场上常见的进行分析;提出了在路灯照明领域的应用中,为了能更好的发挥大功率LED的优点,必须满足恒流输出、散热、效率、功率因素、过压过流过温保护等多个设计要素。

一、大功率LED的工作特性

下图为正向导通压降(VF)和正向电流的(IF)非线性关系曲线图。由曲线可知,当正向电压超过某个阈值,即通常所说的导通电压之后,可近似认为,IF随着VF的上升而急剧上升;由图可知,大功率LED是低电压、大电流的发光器件,当前大功率LED的最高IF可达1A,而VF一般为2~4V。

大功率LED驱动电源的设计要素

由于大功率LED的光特性通常都描述为电流(IF)的函数,而不是电压(VF)的函数。加上LED生产工艺和温度的不同,大功率LED的正向压降(VF)变化范围会出现比较大的波动(最大可达1V以上),而由上图中的VF-IF曲线可知,VF的微小变化会引起较大的IF变化;其LED发光的强度由流过LED的电流决定,电流过强会引起LED的衰减,电流过弱会影响LED的发光强度。所以,采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性,并且影响LED的可靠性和寿命。因此,大功率的LED通常采用恒流源驱动,以保证大功率LED使用的安全性,同时达到理想的发光强度。

下图是LED的光通量(φv/lm)和温度(℃)与关系曲线,由下图可知光通量与温度成反比,温度的变化对LED的波长也有一定的影响,因此,良好的散热是LED保持恒定亮度的保证。

大功率LED驱动电源的设计要素

二、恒电压源模式

2.1、工频变压器线性稳压源

大功率LED驱动电源的设计要素 2.1.1、电路构成与工作原理

如图(三)所示,这类电源的共同特点是由工频变压器,整流滤波电路、恒压电路组成;

该类型电路工频变压器原、副线圈完全隔离,通过调整原副线圈的变比,就可以在副边得到需要的交流电压,该工频变压器起到了隔离、降压的作用。通过后继的整流和稳压电路,就可以得到预期的直流电压。

2.1.2、优点:电路简单、成本很低

2.1.3、缺点:损耗大,效率低,体积大,温升高,亮度不稳定

该类电路的工频变压器起到降压的同时,自身的损耗也会随负载的增大而明显增加,导致严重的温升现象;同时能量转换的效率也会变低;另外由于该变压器的物理结构,限制了该电源体积的变小化。

该类电路在驱动大功率白光LED时,必须串联了一RES来限制和稳定流经大功率白光LED的电流,否则一旦工作电流过大,超过了大功率白光LED的最大工作电流,则会导致大功率白光LED的永久性损坏,然而增加限流电阻的方法,不但增加了能量的过多损耗,而且不能解决工频电压的波动而导致的发光亮度不稳定的问题;

该类电路的工频变压器的线圈变比决定了大功率白光LED的串联数量,一旦选定了工频率变压器,则就难以增加大功率白光LED的串联数量。为了满足不同的发光亮度需求,只能以并联的方式来增加大功率白光LED的数量,但是因为大功率白光LED的属性(导通电压、温度)不同,很难实现流经每个并联LED分支有相同的电流,从而会出现各并联的分支LED的发光亮度不一致的现象。

该类电路的电能转换效率低,不能实现节能的目的;工频电压的波动和电路的温升导致的大功率白光LED的发光亮度不稳定,使得该电路不适用于路灯照明领域。

2.2、高频变压器开关稳压源

大功率LED驱动电源的设计要素

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关键词: 大功率 LED 驱动电源

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