LED驅(qū)動與有關(guān)技術(shù)要求

　　摘要：LED驅(qū)動電路質(zhì)量對LED的正常工作和工作壽命有很重要的影響。LED驅(qū)動電路的主要功能是將輸入供電電源轉(zhuǎn)換為適合LED驅(qū)動的供電輸出，為LED負載供電，按照LED的工作電壓和電流要求完成與LED負載的電壓和電流匹配。

 

　　LED驅(qū)動電路的主要功能

 

　　LED驅(qū)動電路應(yīng)確保LED的恒流工作特性，尤其在電源供電電壓發(fā)生變化時，仍能保持LED工作電流的穩(wěn)定。實現(xiàn)：

 

　　1.確保LED負載工作電流穩(wěn)定;

 

　　2.避免LED驅(qū)動電流超出最大額定值，影響LED負載的工作可靠性;

 

　　3.獲得要求的流明輸出，并保證各LED發(fā)光亮度和發(fā)光色度的一致性。

 

　　同時，LED驅(qū)動電路應(yīng)保持較低的功耗，這樣才能使LED照明系統(tǒng)的工作效率保持在較高水平。

 

　　尤其在調(diào)光方面，LED 不僅可實現(xiàn)0~100%的調(diào)光，而且還可以保證在整個調(diào)光過程中有較高的發(fā)光效率，并不損害LED 的工作壽命，而氣體放電燈則很難做到這一點。

 

　　LED燈具中有關(guān)部件損壞比例如圖1所示，其中，LEDs的損壞率為10%，控制電路為7%，LED燈具的安裝為31%，LED驅(qū)動器為52%?？梢娫贚ED燈具中LEDs的損壞率并不高，LED驅(qū)動電路失效率相對較高為52%，LED燈具失效90%并非來自LED(數(shù)據(jù)來源：Appalachian Lighting Systems)。該數(shù)據(jù)的統(tǒng)計條件是在5400件LED燈具中失效燈具為29具(失效率為：0.54%)的實驗條件下進行的。

 

 

　　LED驅(qū)動與有關(guān)技術(shù)要求

 

　　對LED 驅(qū)動電路主要技術(shù)指標有：最大輸出功率，允許工作溫度范圍，瞬態(tài)開/關(guān)工作特性，功率因數(shù)不低于0.9，輸入和輸出電壓變化范圍，允許的最大輸入電壓和電流，驅(qū)動電源的總諧波失真(THD)等。

 

　　對更高級的LED驅(qū)動器應(yīng)具有可以監(jiān)測和報告LED照明系統(tǒng)所有工作狀態(tài)參數(shù)和智能控制功能，例如可以實現(xiàn)對LED的VF值無需分級、對由于LED驅(qū)動器和LED燈具之間的線路電壓降進行自動檢測和補償、光學(xué)反饋、自動進行白光LED的相關(guān)色溫(CCT)控制、多色LED相關(guān)色溫(CCT)控制等控制功能。

 

　　影響LED照明產(chǎn)品工作可靠性的主要因素

 

　　在LED驅(qū)動電路的使用過程中應(yīng)注意LED驅(qū)動電路的應(yīng)用場合，例如注意LED驅(qū)動電路的用途、安裝方式、環(huán)境噪聲干擾、正確使用LED驅(qū)動電路和有關(guān)技術(shù)支持會對提高LED驅(qū)動電源工作可靠性有幫助。

 

　　在使用LED驅(qū)動電路時還需注意LED驅(qū)動電路的輸入電壓適應(yīng)范圍、輸出電壓和輸出電流變化范圍，合理對LED及其驅(qū)動電路進行熱管理，LED驅(qū)動電路應(yīng)選用合適型號的電解電容器。

 

　　對LED驅(qū)動電路的機械部件注意安裝機械應(yīng)力、抗震動性和防潮濕、防水等問題。注意有關(guān)光學(xué)部件和LED部件的光輸出、發(fā)光顏色、發(fā)光角等技術(shù)參數(shù)對使用環(huán)境的影響，注意LED驅(qū)動電路的抗UV/抗化學(xué)腐蝕性和正確使用LED驅(qū)動電路等問題。

 

　　目前LED驅(qū)動電路存在的一些主要問題如下：

 

　　1.質(zhì)量一般的LED驅(qū)動電路不采用閉環(huán)反饋控制技術(shù);

 

　　2.很少LED驅(qū)動技術(shù)的研發(fā)是基于復(fù)雜知識產(chǎn)權(quán)的要求;

 

　　3.目前只有很少的LED驅(qū)動技術(shù)是采用RDM(遠程部署管理)技術(shù)來實現(xiàn)對LED燈具工作狀態(tài)的遙控監(jiān)測。

 

　　LED驅(qū)動電路對LED照明系統(tǒng)的影響主要有直接影響和間接影響兩類。

 

　　直接影響主要體現(xiàn)在LED驅(qū)動電源的造價、驅(qū)動電源的工作效率、抗EMI工作特性、工作可靠性、LED工作電流的調(diào)節(jié)特性、功率因數(shù)(PF)、驅(qū)動電源的保護工作特性(如過電壓、過電流、過溫度等)和LED的工作紋波電流等方面。

 

　　間接影響主要體現(xiàn)在LED照明系統(tǒng)的工作效率、工作可靠性、熱管理特性、工作安全性(例如輸出隔離或不隔離)和系統(tǒng)造價等方面。

 

　　LED驅(qū)動電路常見干擾

 

　　LED驅(qū)動電路常見的干擾有電壓下陷、電壓上突、欠電壓、過電壓、振蕩波的瞬態(tài)干擾、照明設(shè)備的瞬態(tài)干擾、輸入浪涌電流或浪涌電壓干擾、共模噪聲、差模噪聲、電壓不平衡、電壓失真等，這些干擾均會對LED照明驅(qū)動電路的正常工作造成影響，嚴重時有可能損壞LED照明驅(qū)動電路，所以在設(shè)計LED驅(qū)動電路時需考慮驅(qū)動電路的抗干擾工作性能，確保驅(qū)動電路可靠工作。

 

　　LED恒壓和恒流驅(qū)動電源工作原理

 

　　LED線性恒流(CC)驅(qū)動電源具有電路簡單、使用元器件數(shù)量少和EMI小的特點。

 

　　LED采用串聯(lián)工作方式可以確保通過每只LED的工作電流一致，而LED恒壓(CV)驅(qū)動LED并聯(lián)使用時則不能確保通過每只LED的工作電流一致。

 

　　線性LED驅(qū)動電路的功耗可以用公式(VIN–n×VF)×IF表示，公式中n表示LED負載串中的LED數(shù)，在LED負載電流等于或大于350mA的應(yīng)用場合，線性LED驅(qū)動電路中的功率管需用散熱片，加大了LED驅(qū)動電路的成本和體積。

 

　　(1)LED恒壓驅(qū)動電源工作原理

 

　　LED負載恒壓驅(qū)動電源工作原理圖如圖2所示，通過調(diào)節(jié)輸出取樣電阻RFB1和RFB2的取值，可以調(diào)節(jié)輸出電壓數(shù)值。由于LED的發(fā)光色溫、輸出流明數(shù)和LED的正向工作電流有關(guān)，為穩(wěn)定LED光輸出，實用中不宜采用恒壓LED驅(qū)動工作方式。

 

 

　　(2)LED恒流驅(qū)動電源工作原理

 

　　LED恒流驅(qū)動電源工作原理圖如圖3所示，穩(wěn)定的LED負載工作電流對穩(wěn)定LED的發(fā)光色溫和輸出流明數(shù)有利。所以，實用中LED負載采用恒流驅(qū)動較為有利。在圖3中，調(diào)節(jié)電流取樣電阻RFB的參數(shù)就可以實現(xiàn)LED負載驅(qū)動工作電流的調(diào)節(jié)。

 

　　如果驅(qū)動電源的輸入供電電壓總是大于輸出電壓，則可以采用工作效率更高的降壓變換器或Buck變換器來為LED負載提供恒流供電。Buck變換器具有工作效率高和所需散熱片小的優(yōu)點，但是電路結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，并且工作噪聲較線性驅(qū)動電路的工作噪聲大?，F(xiàn)在Buck變換器的開關(guān)工作頻率可以做得高于1 MHz或更高，這樣Buck變換器的外圍元器件體積小，并且，Buck變換器的體積較線性驅(qū)動電源體積要小許多。

 

　　實用中，如果LED負載驅(qū)動電源輸入直流電壓低于LED負載串的工作電壓，可以采用輸出升壓(Boost)電路來為LED負載供電。電感型輸出升壓(Boost)變換器很適用于輸出電流大于350mA的恒流LED驅(qū)動應(yīng)用場合，這時輸出電壓隨LED負載串的電流變化而變化。

 

　　如果LED負載驅(qū)動電源的直流輸入供電電壓變化范圍在LED負載串工作電壓的變化范圍內(nèi)上下浮動變化，這時可以采用Buck-boost，SEPIC，C’uk或反激變換(Flyback)電路來驅(qū)動LED負載。

 

　　常用LED驅(qū)動電路拓撲與特點如表1所示，公式中D表示開關(guān)變換脈沖占空比。