十問十答讓你徹底弄懂LED驅動技術
發布時間:2015-05-07 責任編輯:echolady
【導讀】本文主要講解LED驅動技術,通過十問十答的方式讓新手徹底明白LED驅動技術。這幾個LED驅動技術回答,完全涵蓋關於LED的驅動知識,希望對新手或者LED驅動設計開發的朋友們有所幫助。
1. LED驅動IC特點與選擇
網友提問:LED驅動必須用專用LED驅動IC嗎?與普通IC相比有何優缺點呢?
專家回複:LED驅動專用IC的優點是Vin寬、輸出電流大、恒流精度高、采用抖頻可有效降低EMI。
LED驅動用恒流源主要是保證LED在發光的工作時間段光線亮度一致、不閃爍。低價手機用LDO來驅動背光的LED也是常用的,隻是電源的利用率不高,好在大多手機設計鋰電池電壓降致3.3V時關機。LED照明燈具用LDO來驅動就不是好方法了,LDO不能恒流。
網友提問:那麼國產和外國LED驅動IC又該怎樣選擇?
專家回複:LED驅動IC很多,性價比各不相同,關鍵看設計產品的目標價位是多少,如求競爭能力和較多利潤,本土IC產品也不錯。
2. LED驅動電源選擇和設計問題
網友提問:選擇和設計LED驅動電源時要考慮哪些問題
專家回複:LED驅動電源是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發光的電壓轉換器,通常情況下:LED驅動電源的輸入包括市電、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流等。而LED驅動電源的輸出則大多數為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。
根據電網的用電規則和LED驅動電源的特性要求,在選擇和設計LED驅動電源時要考慮以下問題。
a.高可靠性 特別像LED路燈的驅動電源,裝在高空,維修不方便,維修的花費也大。
b.高效率 電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具內發熱量就小,也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。
c.驅動方式 現在通行的有兩種:其一是一個恒壓源供多個恒流源,每個恒流源單獨給每路LED供電。另一種是直接恒流供電,LED串聯或並聯運行。怎樣選擇啟動方式要根據實際需要。多路恒流輸出供電方式,在成本和性能方麵會較好。也許是以後的主流方向。
d.浪湧保護 LED抗浪湧的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。由於電網負載的啟甩和雷擊的感應,從電網係統會侵入各種浪湧,有些浪湧會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑製浪湧的侵入,保護LED不被損壞的能力。
e.其他要素,如,提高電源功率因數;增加LED溫度負反饋功能;外部防護方麵,要防水、防潮,外殼要耐曬;驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配;要符合安規和電磁兼容的要求。
3. LED 驅動IC發展方向
專家講解: 照明用LED 驅動IC發展方向
LED光源是一種長壽命光源,理論壽命可達50000小時,但是應用電路設計不合理、電路元器件選用不當、LED光源散熱不好,都會影響它的使用壽命。特 別是在應用電路裏,作為AC/DC整流橋的輸出濾波器的電解電容器,它的使用壽命在5000小時以下,這就成了製造長壽命LED燈具技術的攔路虎,設計生 產可以在應用電路裏省去電解電容器的新一代LED驅動IC是可行的解決方案.
此外,對新一代LED驅動IC的設計必須打破傳統的DC/DC拓撲結構設計理念,如采用恒功率、不采用磁滯控製的降壓型而采用定頻定電流控製、解決使用鹵 素燈電子變壓器所產生的燈源閃爍和多燈並聯不亮問題等等;還必須解決LED驅動IC在多種應用電路中能過EMC、安規、CE、UL等認證;應用電路力求簡 潔、使用元器件少也是客戶降低成本所夢寐以求,和市場競爭所必須的;隔離與非隔離的應用曆來是商家在安全與效率之爭焦點;提高PWM控製器的占空比等等。
0.5W-3W的LED光源與LED 驅動 IC集成在一個CMC封裝內的新一代芯片已經小批量生產,顯示LED 驅動 IC正在向高度集成化的多芯片CMC封裝方向發展;可用交流電(AC)直接驅動發光的新一代、特殊拓撲結構AC LED光源生產技術的日趨成熟,將開創LED照明技術的又一新紀元。
4. 隔離型與非隔離型驅動方案比較
網友提問:目前在以市電為輸入電源的LED驅動方案中,隔離型與非隔離型兩種驅動方案相比較各自有何優缺點?如何選用
專家回複:總的來說,隔離型驅動安全但效率較低,非隔離型驅動效率較高,應按實際使用的要求來選隔離型還是非隔離型驅動。
就電路結構而言:目前的隔離型方案多是AC/DC的反激式(Flyback)電路方案,因此相對電路較複雜、成本較高。非隔離型基本是采用DC/DC的升壓(Boost)或降壓(Buck)電路,則相對電路較簡單,因而成本也相對較低。
恒流精度:隔離型可以做到±5%以內,而非隔離型則很難做到。
在應用領域:目前在以市電為輸入電源的LED燈具中(特別是驅動與光源一體的燈具),本著安全第一的原則,基本已不再采用非隔離型方案。但也有例 外,LED日光燈管由於受到結構和空間的製約,仍還用非隔離型方案。在低壓供電的LED燈具中,以效率和成本優先的原則,非隔離型方案是最佳的選擇。
5. AC直接驅動的LED技術
網友提問: 用AC直接驅動的LED技術是怎麼回事?
專家回複:AC LED光源是將一堆LED微小晶粒采用交錯的矩陣式排列工藝均分為五串,AC LED晶粒串組成類似一個整流橋,整流橋的兩端分別聯接交流電源,另兩端聯接一串LED晶粒,交流電的正半周沿藍色通路流動,3串LED晶粒發光,負半周 沿綠色通路流動,又有3串LED晶粒發光,四個橋臂上的LED晶粒輪番發光,相對橋臂上的LED晶粒同時發光,中間一串LED晶粒因共用而一直在發光。在 60Hz的交流電中會以每秒60次的頻率輪替點亮。整流橋取得的直流是脈動直流,LED的發光也是閃動的,LED有斷電餘輝續光的特性,餘輝可保持幾十微 秒,因人眼對流動光點記憶是有惰性的,結果人眼對LED光源的發光+餘輝的工作模式解讀是連續在發光。LED有一半時間在工作,有一半時間在休息,因而發 熱得以減少40-20%。因此AC LED的使用壽命較DC LED長。
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6. LED驅動電路工作原理
網友提問:這份LED驅動電路中各元件分別起什麼作用?是如何工作的?
專家回複:上圖是驅動3顆1W白光LED的電原理圖,它是12~24V電壓範圍裏交直流兩用的。
D1~D4組成整流橋,這個橋有兩個功能,在輸入是交流電源的時候,把交流整流成直流;在輸入是直流電源的時候,起極性轉換作用,無論輸入電源的極性如何,都能保證電路正常工作。
CIN是濾波電容,把脈衝直流變換成平滑的直流。 RS是取樣電阻,它決定恒流源的絕對精度。 L是整流電感,把100KHz的脈衝電流變換成三角波電流,L的電感量會影響工作電壓範圍內恒流源的穩定性。
D5是續流二極管,在晶片內部MOS管處於截止狀態時為儲存在電感中的電流提供放電回路。由於工作在高頻脈衝狀態,D5應選用正向壓降小,恢複速度快的肖特基二極體。
芯片的DIM端可外接PWM脈衝或直流電壓調光,也可以接熱敏電阻作輔助溫度控製和自動亮度控製。如果不用這些功能,DIM端懸空。
7. LED日光燈明暗不均如何解決?
網友提問: 23串12並,恒流電源,線路板上有明顯的明暗不均現象,測得電壓在3.02-3.08之間,單顆燈試,3.1v時暗區的電流為10-15ma 亮區在20ma左右 ,請教這是怎麼回事?
專家回複:可能是PCB布線不好,活著鋁基PCB板有漏電,可用分段割斷的方法來尋找,隻是比較費時罷了。0.06W的LED光源,理論工作電流是20mA,一般做燈具為防LED早衰,可設計在15-18mA。
8. PWM恒流LED驅動芯片設計日光燈電源問題
網友提問:最近在用一款PWM恒流LED驅動芯片做日光燈電源, 出現以下問題:
a, 恒流源不恒流,在輸入80V-250V電壓變化過程中,電流先增大,後減小,且變化範圍比較大,電感換過很多個(電感都是自製,從500uH-3mH),問題依舊
b,使用的MOS管是5N5001,測試DS兩端電壓,在輸入150V左右時,數字萬用表開始亂跳.
專家回複:
a. PWM LED驅動IC組成的LED日光燈電源方案在Vin小範圍變化時,對於固定負載是恒流的。當Vin大幅度變化時它需要有一個響應時間,當線路設計不好或PCB板設計不好時,應當在Vin變化時,Iout也會有一定的變化。
b. 用數字萬用表測試DS電壓是不合理的,如果想看該電壓該用示波器看。
9. LED閃爍問題
網友提問:驅動鹵素燈的時候降低電壓,鹵素燈亮度降低,沒其他變化。驅動LED時降低電壓,LED在一定程度上會發生閃爍。為什麼呢?
專家回複:鹵素燈是純電阻負載,因此鹵素燈電子變壓器與其配合能很好的工作。而LED燈具是容性阻抗+感性阻抗的負載,鹵素燈電子變壓器接受LED燈負載 時它輸出的能力會大大下降,表現為輸出電壓由12V驟降至7V,如是8V啟動的驅動IC即進入欠壓保護狀態,此時鹵素燈電子變壓器輸出電壓又升至12V, 如此周而複始,使你見到LED燈在閃爍。解決方案是選用啟動電壓低於6V的驅動IC。
10. 水下燈應該如何設計?
網友提問:水下燈應該如何設計?有哪些問題要注意?LED燈珠炸是不是由衝擊電流造成的?如何解決?
專家回複:從安全的角度來說,水下燈要求采用低壓隔離供電,盡可能使用國際通用的AC 36V以下電源,因此AC24V、AC12V都是可選用的標準電源。
長距離送電會造成電壓下降,可增加銅線直徑來補償。此外, AC在線間傳輸比DC在線間傳輸損耗要小。
水底燈大多采用AC24V安全電源,因此完全可以選用Vin=6-30V、Iout=1.2A,係統應用零部件很少的PT4115來做驅動電源,它用四個肖特基二極管做整流橋,一個濾波儲能電容器、一個輸出電流設定電阻、一個續流肖特基二極管和一個續流電感器。
電網載荷瞬時突變會引起電流浪湧,可在電路上加保護器件來有效抑製。早期的9910IC都有“炸燈珠”毛病,需要靠應用電路來改進。
11. LED亮度不均問題
網友提問:要做一款60W功率LED太陽能路燈,用兩個12V的電池組串聯儲存太陽能(單個電池組放電電壓在10.8-15V左右),路燈的供電電壓在 21.6-30V之間. 計劃采用用2個分別可以驅動30W的驅動單元,采用兩個6串5並的方式.驅動器選擇可PWM調光的BUCK芯片.但是實際出現LED亮度不均問題,該問題 怎麼解決?
專家回複:這是一個很典型的錯誤設計。Buck電路僅僅在LED串的正向電壓低於電池電壓時才能采用,而且必須要預留一定的電壓富餘量,否則即便Buck進入100%占空比狀態也不能得到設定的電流。
qitajianyizhejianyishiyongmouzhongpinpaideqijian,keshiwomenzhidaojiagoudexuanzehepinpaishimeiyouguanxide,zhejiuxiangwulixuedejibendinglvdezhengqueyufouyuqitichuzhedeguojimeiyouguanxiyiyang。
此設計的正確選擇是采用Buck-Boost架構。Buck-Boost架構的最佳應用條件是輸出電壓在輸入電壓的變化範圍之內,但超出範圍以外時也一樣可用,可以稱為全能型架構。
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