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1、-LED电源基础知识-第 48 页LED的电源有哪些分类呢?LED驱动电源分类按输出功率分类：0.4W、1.28W、1.4W、3W、4.2W、5W、8W、10.5W、12W、15W、18W、 20W、23W、25W、30W、45W、60W、100W、120W、150W、200W、300W 等。按输出电压分类：DC4V、6V、9V、12V、18V、24V、36V、42V、48V、54V、81V、105V、135V等。按外形结构分类：PCBA裸板和有外壳的两种。按安全结构分类：隔离和非隔离的两种。按功率因数分类：带功率因数校正和不带功率因数。按防水性能分类：防水和不防水两种。按激励方式分类：自激式
2、和它激式。按电路拓扑分类：RCC、Flyback、Forward、Half-Bridge、Full-Bridge、Push-PLL 、LLC等。按转换方式分类：AC-DC与DC-DC两种。按输出性能分类：恒流、恒压与既恒流又恒压三种。LED驱动电源的应用：分别用于射灯、橱柜灯、小夜灯、护眼灯、LED天花灯、灯杯、埋地灯、水底灯、洗墙灯、投光灯、 路灯、招牌灯箱、串灯、筒灯、异形灯、星星灯、护拦灯、彩虹灯、幕墙灯、柔性灯、条灯、带灯、 食人鱼灯、日光灯、高杆灯、桥梁灯、矿灯、手电筒、应急灯、台灯、灯饰、交通灯、节能灯、汽车尾灯、草坪灯、彩灯、水晶灯、 格栅灯、遂道灯等。LED日光灯驱动电源方面：
3、按功率大小来分：6W、8W、9W、10W、12W、15W、18W、20W、30W等；按功能来分：普通型、带无线遥控调光多功能型等。按安全结构分类：隔离和非隔离的两种。一、LED电源按驱动方式可以分为两大类：A.稳压式：1、稳压电路确定各项参数后,输出的是固定电压,输出的电流却随着负载的增减而变化2、稳压电路虽然不怕负载开路,但是严禁负载完全短路3、整流后的电压变化会影响LED的亮度4、要使每串以稳压电路驱动LED显示亮度均匀,需要加上合适的电阻才可以B. 恒流式：1、恒流驱动电路驱动LED是很理想的,缺点就是价格较高2、恒流电路虽然不怕负载短路,但是严禁负载完全开路3、恒流驱动电路输出的电流是
4、恒定的,而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化4、 要限制LED的使用数量,因为它有最大承受电流及电压值二、LED电源按电路结构可以分为六类：1、常规变压器降压：这种电源的优点是体积小，不足之处是重量偏重、电源效率也很低，一般在45%60%,因为可靠性不高，所以一般很少用。2、电容降压：这种方式的LED电源容易受电网电压波动的影响,电源效率低,不宜LED在闪动时使用,因为电路通过电容降压,在闪动使用时,由于充放电的作用,通过LED的瞬间电流极大,容易损坏芯片。3、电子变压器降压：这种电源结构不足之处是转换效率低,电压范围窄,一般180240V,波纹干扰大。4、电阻降压：这种供
5、电方式电源效率很低,而且系统的可靠也较低。因为电路通过电阻降压,受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，并且降压电阻本身还要消耗很大部分的能量。5、RCC降压式开关电源：这种方式的LED电源优点是稳压范围比较宽、电源效率比较高,一般可在70%80%，应用较广。缺点主要是开关频率不易控制，负载电压波纹系数较大，异常情况负载适应性差。6、PWM控制式开关电源：目前来说，PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的，因为这种开关电源的输出电压或电流都很稳定。电源转换效率极高,一般都可以高达80%90%，并且输出电压、电流十分稳定.这种方式的LED电源主要由四部分组成它们分别是：输入整流滤波部分、
6、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。而且这种电路都有完善的保护措施,属于高可靠性电源。 LED显示屏基础知识现代社会已进入信息时代，信息传播占有越来越重要的地位，同时人们对视觉媒体的要求也愈来愈高，要求传播媒体反映迅速、现实（实时性）、醒目（色彩丰富、栩栩如生），画面超大型化，具有震撼力，近年，随着微电子技术、自动化技术、计算机技术的迅速发展，半导体制作工艺日趋成熟，导致LED显示点尺寸越来越小，解析度越来越高，并可将显示光的三基色（红、绿、蓝）集成化为一体，达到全彩色效果，使得LED显示屏的应用范围日益扩大。LED显示屏的特点 LED是发光二极管(LightEmittin
7、gDiode)的简称，是光电领域中应用极为广泛的发光显示用材料，选用不同的材料在一定条件下可发生红、绿、黄、蓝等颜色，LED具有下列特点，使其成为制作大屏幕的首选材料： 在新兴应用市场不断出现的带动下，近些年LED市场规模快速提升。2005年中国LED的产量已经达到262.1亿只，市场规模更是突破百亿元大关达到114.9亿元。 应用一：显示屏是LED主要应用市场，全彩显示屏增势强劲。 我国LED显示屏市场起步较早，市场上出现了一批具有很强实力的LED显示屏生产厂商。目前LED显示屏已经广泛应用到车站、银行、证券、医院。在LED需求量上，LED显示屏仅次于LED指示灯名列第二，占到LED整体销量
8、的23.1%。由于用于显示屏的LED在亮度和寿命上的要求高于LED指示灯，平均价格在指示灯LED之上，这就导致显示屏用LED市场规模达到32.4亿元，超过指示灯位居榜首成为LED的主要应用市场。凭借着独特优势,LED全彩显示屏广泛应用在体育场馆、市政广场、演唱会、车站、机场等场所。 应用二：小尺寸背光源市场放缓，中大尺寸将成为新关注点。LED早已应用在以手机为主的小尺寸液晶面板背光市场中，手机产量的持续增长带动了背光源市场的快速发展。特别是2003年彩屏手机的出现更是推动白光LED市场的快速发展。但随着手机产量进入平稳增长阶段以及技术提升导致用于手机液晶面板背光源LED数量减少，使得LED在手
9、机背光源中用量增速放缓，2005年背光源用LED数量超过12亿只，未来几年增长率也将保持在个位数。数量增速的放缓加上平均价格的不断下降，最终导致小尺寸背光源市场增长乏力，同时，中大尺寸背光源市场虽为厂商新宠，但在2006年还不能形成规模。在上述两个因素的影响下，背光源市场将在2006年出现1%的负增长。2005年背光源市场规模超过15亿元。 应用三：汽车车灯市场潜力大，但短期内市场很难启动。 2005年中国LED汽车应用市场规模为0.29亿元，其中汽车车灯市场规模为0.21亿元。从整个LED应用市场看，汽车应用市场还处于萌芽状态，市场规模很小。 LED作为汽车车灯主要得益于低功耗、长寿命和相应
10、速度快的特点。有统计显示，在汽车以100公里的时速行驶下，装有LED刹车灯的车辆较没有装LED刹车灯的车辆刹车距离将减少7英尺。目前，LED已经逐步应用在汽车的第三刹车灯上。虽然LED目前还面临着单位瓦数流明低以及相关政策的限制，在进入汽车尾灯及前灯市场还需要一定的时间，但是随着成本性能比的下降以及发光效率的提升，最终LED将逐步实现从汽车内部、后部到前部的转移，最终占据整个汽车车灯市场。凭借着汽车的巨大产能，LED车灯市场面临着巨大的发展潜力。 应用四：室内装饰灯市场逐步启动，交通灯市场进入平稳增长期。 室内装饰灯市场是LED的另一新兴市场。通过电流的控制，LED可以实现几百种甚至上千种颜色
11、的变化。在现阶段讲究个性化的时代中，LED颜色多样化有助于LED装饰灯市场的发展。LED已经开始做成小型装饰灯，装饰幕墙应用在酒店、居室中。2005年室内装饰灯市场规模达到1.58亿元。 经过多年的替换工作，全国主要城市由传统交通灯替换为LED交通灯的工作已经接近尾声。LED交通灯市场在经历了多年的高速成长期后，2005年市场规模达到15.2亿元。但是随着替换工作的完成，LED交通灯市场将不会再维持高速增长，预计2006年LED交通灯市场只实现5.8%的增长达到16.1亿元。应用五：景观照明市场快速发展，2007年市场增速达到高峰。 景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主，推动力量
12、主要来自于政府。受到2008年北京奥运会和2010年上海世博会的影响，北京、上海等举办地加快了景观照明的步伐，由于LED功耗低，在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力。目前，LED已经越来越多地应用到景观照明市场中。2005年中国景观照明市场规模超过7亿元，在上述两个主要活动的带动下，景观照明市场会在2007年达到72%的高增长率。 此外，奥运会和世博会的主要作用远远不再于自身带动景观照明市场的成长，更重要的是其榜样作用。为了迎接奥运会和世博会的召开，北京、青岛、上海等地将建成一批LED景观照明工程，这些工程在装饰街道的同时还将起到示范作用。其他城市在看到LED在景观照明中的出色表现
13、会减少对于LED景观照明的使用顾虑，加快使用LED在景观照明中的应用。LED将会从一级城市快速向二级、三级城市扩展。 应用六：通用照明市场路漫漫，任重而道远。 对于进入通用照明市场而言，功率白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外，还将面临到光学、机构与电控等的整合以及LED照明产品通用标准的制订。解决上述问题需要很长的一段时间，赛迪顾问预计LED在2010年前还不能进入通用照明市场。 由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所相对于价格的敏感度低。同时这些高档场所更注重于彰显品位与尊贵的地位，对于新兴产品抱有更大的兴趣度。这些都降低了LED照明进入的门槛。赛迪顾问预计L
14、ED照明将率先进入商用市场，逐步向民用市场扩展。 亮度高，目前户外单灯的亮度已接近6,000mcd； 功耗低，具有较高的光电转换效率； 寿命长，LED寿命长达200,000小时以上； 响应速度快，ns级，无余灰； 低电压低电流驱动，易于与计算机接口。LED显示屏的特点 与其他大屏幕显示屏相比，LED显示屏主要有下列特点： 屏幕尺寸可大可小，最大可以做到500m2。 视角大，室内屏视角大于80度，室外屏视角大于60度。 视距可通过选择不同直径与不同点距的产品来调整，小到几十厘米，大到几百米均可满足要求，目前像素最小直径可作到1.9mm。 组态灵活，简单到数码显示，复杂到全彩色视屏都有不同种类的产
15、品可以满足要求，室内室外都有相应的产品。 易与计算机接口，支持软件丰富。 1.3LED显示屏的分类 1.3.1根据应用场所分类根据应用场所的不同，可将LED显示屏分为室内与室外两种. 室内屏主要用于室内，在制作工艺上首先是把发光晶粒做成点阵模块(或数码管)，再由模块拼接为一定尺寸的显示单元板，根据用户要求，以显示单元板为基本单元拼接成用户所需要的尺寸。根据像素点的大小，室内屏分为2、3、3.75、4.8、5、8、10等。 户外屏 主要用于室外，在制作工艺上首先是把发光晶粒封装成单个的发光二极管，称之为单灯， 用于制作户外屏的单灯一般都采用具有聚光作用的反光杯来提高亮度；再由多只LED单灯封装成
16、单只像素管或像素模组，而由像素管或像素模组成点阵式的显示单元箱体，根据用户需要及显示应用场所，以一个显示单元箱体为基本单元组成所需要的尺寸。箱体在设计上应密封，以达到防水防雾的目的，使之适应户外环境。 根据像素点的大小，户外屏分为11、14、16、19、21、26、36等规格。 1.3.2根据基色分类 根据所采用的LED的颜色，可将LED显示屏分为单基色、双基色、全彩色三种。 单基色 每个像素点只有一种颜色，多数用红色，因为红色的发光效率较高，可以获得较高的亮度，也可以用绿色，还可以是混色，即一部分用红色，一部分用绿色，一部分用黄色。 双基色 每个像素点有红绿两种基色，可以叠加出黄色，在有灰度
17、控制的情况下，通过红绿不同灰度的变化，可以组合出最多65535种颜色。全彩色 也称三基色，每个像素点有红绿蓝三种基色，在有灰度控制的情况下，通过红绿蓝不同灰度的变化，可以很好地还原自然界的色彩，组合出16777216种颜色。 1.3.3根据功能分类 根据屏幕所具有的功能，可将LED显示屏分为条屏，图文屏，视屏以及数码屏 四种。 条屏 这类显示屏主要用于显示文字，它本身自带16X16或24X24点阵字库，可独立工作，可用遥 控器输入汉字，也可以与计算机联机使用，通过计算机发送信息。可以脱机工作。因为这类屏幕多做成条形，故称为条屏。 图文屏 这类显示屏主要用于显示文字和图形，一般无灰度控制。它通过
18、与计算机通讯输入信息。与 条屏相比，图文屏的优点是显示的字体字型丰富，并可显示图形，与视屏相比，图文屏最大的优点是一台计算机可以控制多块屏，且可以脱机显示。 视屏 这类显示屏屏幕像元与控制计算机监视器像元呈一对一的映射关系，有灰度控制，所以其表 现力极为丰富，配置多媒体卡，视屏还可以播放视频信号。视屏开放性好，实时反映计算机监视器的显示。 数码屏 数码屏是最廉价的LED显示屏，广泛用于银行汇率、利率显示、酒店海鲜价目表、客房价目 表等。多数情况下，在数码屏上加装条屏来弥补数码屏不能显示文字的不足。 混合屏 即点阵数码混合显示，它被最多地用于证券行情显示。 目前，其他的大屏幕显示器主要有下列几种
19、，其性能各有千秋。 屏幕类型优点缺点 磁翻板功耗低响应速度慢，不可能显示视频，故障率高 电视墙全彩色有分隔线,亮度低,不适于表示文字,不能在室外使用 投影全彩色画面细腻亮度低，不能在室外使用，清晰度差（画面受光不匀） CRT全彩色成本高，功耗大，面积不能太大 PDP全彩色画面细腻成本高，视角小，面积不能太大 1.4LED显示屏的主要技术指标 平整度 色匀度 盲点率 亮度 视角 可视距离 分辨率 解析度 灰度级 驱动方式 通讯方式与通讯距离 扫描频率 换帧速度 功耗 重量一、刚刚开始起步成本高 照明成本不仅涉及灯具的初始成本，还涉及灯具所消耗的能源成本，灯具无法正常工作时更换灯具所需的劳动成本，
20、以及所需灯具更换的平均频率。从这一概念出发就很容易理解，为什么LED光源是白炽灯光源价格的50倍左右时，LED交通信号灯的市场就开始启动，而当达到28倍时，就已形成新兴产业。目前半导体照明主要以光色照明和特殊照明为主，以后将向普通照明扩展。具体来讲，近几年内，半导体照明市场将广泛应用在各种信号灯、景观照明、橱窗照明、建筑照明、广场和街道的美化、家庭装饰照明、公共娱乐场所美化和舞台效果照明等领域。事实上，我们身边已经随处可见它的身影：电脑显示灯、手机按键和屏幕的背光源、汽车尾灯、建筑物灯光、交通信号灯等等。 二、不一致性带来的问题： 理论上LED都一样，都是能发光的二极管，而实际上所有LED的电
21、性能都是有差异的，众多的厂家都在抢生产进度、抓数量；每个厂家的生产工艺是不一致的，甚至相差很大，就是同一厂家的不同时间的工艺都是有差异的；生产发光二极管的半导体材料的纯度要求非常高，不同厂家使用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不完全相同的，或者相差很大，而且耐过电流能力和发热的差异也就自然而然的不同了；由于封装工艺和封装材料的不同，使得整体的散热能力是不一样的，所有的厂家都在研究和开发新材料，以求解决组合材料的热彭胀与散热的问题。由此不难看出,LED发光二极管在短期内仍存在个体之间的很大的差异，如果每个灯只用一个LED，那是很好控制的，而且是真正的长寿命，例如
22、电视机、DVD上的电源指示灯就是如此；而当我们用LED制作照明灯具时，就不是用单个的LED，而是用多个，或上百上千个LED排成阵列接入电路，再者，需要的亮度就不是指示灯所能做到的，而电流大了、小了亮度都要减弱，且会使寿命大打折扣，甚而致于未出厂就坏掉了；因LED的差异性总是存在的，在多个LED组成的连路中，当有几个坏掉时(通常是短路)，会使电流增大而损坏其他的LED。这就是不一致性带的结果，也是制约其发展的因素之一。三、驱动电路复杂成本高、故障率高 a.在电压匹配方面，LED不象普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2-3.伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的
23、LED灯，要配备不同的电源适配器。 b.在电流供应方面，LED的正常工作电流在15mA-18mA，供电电流小于15mA时LED的发光强度不够，而大于20mA时，发光了强度也会减弱，同时发热大增，老化加快、寿命缩短，当超过40mA时会很快损坏。为了延长LED照明灯的使用寿命，简易电源是不能使用的，而常用集成电路电源、电子变压器、分离元件电源等，但都要设计恒流源电路和恒压源电路供电的方式，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器件，另加保护电路，这样就使LED的电源供应器电路很复杂，故障率增加。元件成本、生产成本、服务成本都将升高。而目前LED本身的成本就高，加上电源的成本，这就大大地限制了市场的竞争
24、力与购买群体，LED照明灯的优势大打折扣，这也是制约其发展与普及的又一关键问题。 四、解决问题的方法与可行性分析： 解决问题的方法可用自复位过流保护器WHPTC元件 如果用WHPTC过流保护器作保护，将是另外一种结果，从原理可知，当电路的电流超过规定值时会讯速的自动保护，在排除故障后又自动复位，无需人工更换。对LED而言，电压的变化不是LED损坏的直接原因，而电流的增大才是LED的真正杀手。显而易见，利用WHPTC的这个特性，在LED的电路保护上具有绝对的优势，让简易电源供电变为现实。实践证明，在LED电路出现故障以前就有效保护了。在简易电源上，这个优势特别突出。对如下3图分析可见，因有了WH
25、PTC后可省去恒流、恒压电路， LED的质量也提高了。器件成本、生产成本、故障率、服务成本等，都大大降低。也大大增加了产品的市场竞争力。所以谁先使用WHPTC，谁先占领市场。 led日光灯的电源制造过程发布者：topday 发布时间： ：2011-02-12 08:41浏览次数： ： 17 非隔离型降压式电源设计方法概论：非隔离降压型电源是现在普遍使用的电源结构，几乎占了日光灯电源百分之九十以上。很多人都以为非隔离电源只有降压型一种，每每一说到不隔离，就想到降压型，就想到说对灯不安全（指电源损坏）。其实降压型不只是一种，还有两种基本结构，即升压，和升降压，即BOOSTANDBUCK-BOOST
26、,后两种电源即使损坏。不会影响到LED的好处。降压式电源也有其好处，它适合用于220,但不适用于110,因为110V本来电压就低，一降就更低了，那样输出的电流大，电压低，效率做不太高。降压式220V交流，整流滤波后约三百伏，经过降压电路，一般将电压降到直流150V左右，这样即可实现高压小电流输出，效率可以做得较高。一般用MOS做开关管，做这种规格的电源，我的经验是，可以做到百分之九十那样差不多，再往上也困难。原因很简单，芯片一般自损会有0.5W到1W,而日光灯管电源不过就是10W左右。所以不可能再往上走。现在电源效率这个东西很虚，很多人都是吹，实际根本达不到。 常见有些人说什么3W的电源效率做
27、到百分之八十五了，而且还是隔离型的。告诉大家，即便是跳频模式的，空载功耗最小，也要0.3W,还什么输出3W低压，能到百分之八十五，其实有百分之七十算很好了，反正现在很多人吹牛不打草稿，可以忽悠住外行，不过现在做LED的懂电源的也不多。 我说过，要效率高，首先就要做非隔离的，然后输出规格还要高压小电流，可以省去功率元件的导通损耗，所以象这种LED电源的主要损耗，一就是芯片自有损耗，这个损耗一般有零点几W到一W的样子，还有一个就是开关损耗了，用MOS做开关管可以显着减小这个损耗，用三极管开关损耗就大很多。所以尽量不要用三极管。还有就是做小电源，最好不要太省，不要用RCC,因为RCC电路一般的厂家根
28、本做不好质量，其实现在芯片也便宜，普通的开关电源芯片，集成MOS管的，最多不过两元钱，没必要省那么一点点，RCC只省点材料费，实际上加工返修等费用更高，到头到反而得不偿失的那样。 降压式电源的基本结构就是将电感和负载串入300V高压中，开关管开关的时候，负载即实现了低于300V的电压，具体的电路很多，网上也很多，我也不画图再说了。现在9910,还有一般的市场上的恒流IC基本都是用这种电路来实现的。但这种电路就是开关管击穿的时候，整个LED灯板就玩完，这应该算是最不好的地方了。因为当开关管击穿的时候，整个300V的电压就加在灯板上，本来灯板只能承受一百多伏电压，现在成了三百伏了，这种情况一发生。
29、LED肯定要烧掉。所以很多人说非隔离的不安全，其实就是说降压的，只是因为一般非隔离的绝大多数是降压的，所以认为非隔离的损坏一定要坏LED.其实另外两种基本的非隔离结构，电源损坏，不会影响LED的。 降压式电源要设计成高压小电流，效率才能高，细说一下，为什么？因为高压小电流，可以让开关管电流的脉宽大一些，这样峰值电流就小一些，还有就是，对电感的损耗也小一些，通过电路结构就可以知道，电路不方便画，具体也难以再叙述下去了。就随便总结一下，降压电源的好处是，适合于220高压输入使用，以使得功率器件承受的电压应力小，适合做大电流输出，比如做100MA电流，比后两种方式来的轻松，效率要高。效率算比较高的，
30、对电感的损耗较小，但对开关管损耗大一些，因为所有经过负载的功率必须要经过开关管传输，但输出的功率，只有一部分经过电感，如300V输入，120V输出的降压型电源，只有180V的部分要经过电感，120V的部分是直接导通进入负载的，所以说对电感损耗比较小，但输出的功率，全部要经过开关管转化。led照明驱动设计 LED 的排列方式及LED 光源的规范决定着基本的驱动器要求。LED 驱动器的主要功能就是在一定的工作条件范围下限制流过LED 的电流， 而无论输入及输出电压如何变化。最常用的是采用变压器来进行电气隔离。文中论述了LED 照明设计需要考虑的因素。 一、LED驱动器通用要求驱动LED 面临着不少
31、挑战，如正向电压会随着温度、电流的变化而变化，而不同个体、不同批次、不同供应商的LED 正向电压也会有差异；另外，LED 的“色点”也会随着电流及温度的变化而漂移。另外，应用中通常会使用多颗LED，这就涉及到多颗LED 的排列方式问题。各种排列方式中， 首选驱动串联的单串LED， 因为这种方式不论正向电压如何变化、 输出电压（Vout）如何“漂移”，均提供极佳的电流匹配性能。当然，用户也可以采用并联、串联-并联组合及交叉连接等其它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED 正向电压的应用，并获得其它优势。如在交叉连接中，如果其中某个LED 因故障开路，电路中仅有1 个LED 的驱动电流会加倍，从而
32、尽量减少对整个电路的影响。LED 的排列方式及LED 光源的规范决定着基本的驱动器要求。LED 驱动器的主要功能就是在一定的工作条件范围下限制流过LED 的电流， 而无论输入及输出电压如何变化。LED驱动器基本的工作电路示意图如图2 所示，其中所谓的“隔离”表示交流线路电压与LED（即输入与输出）之间没有物理上的电气连接，最常用的是采用变压器来电气隔离，而“非隔离”则没有采用高频变压器来电气隔离。值得一提的是，在LED 照明设计中，AC-DC 电源转换与恒流驱动这两部分电路可以采用不同配置：1）整体式（integral）配置，即两者融合在一起，均位于照明灯具内，这种配置的优势包括优化能效及简化
33、安装等；2）分布式（distributed）配置，即两者单独存在，这种配置简化安全考虑，并增加灵活性。LED 驱动器根据不同的应用要求，可以采用恒定电压（CV）输出工作，即输出为一定电流范围下钳位的电压；也可以采用恒定电流（CC）输出工作，输出的设计能严格限定电流；也可能会采用恒流恒压（CCCV）输出工作，即提供恒定输出功率，故作为负载的 LED 的正向电压确定其电流。总的来看，LED 照明设计需要考虑以下几方面的因素：输出功率：涉及LED 正向电压范围、电流及LED 排列方式等电源：AC-DC 电源、DC-DC 电源、直接采用AC 电源驱动功能要求：调光要求、调光方式（模拟、数字或多级）、照
34、明控制其他要求：能效、功率因数、尺寸、成本、故障处理（保护特性）、要遵从的标准及可靠性等更多考虑因素：机械连接、安装、维修/替换、寿命周期、物流等当输出电压可能高于也可能低于输入电压时，峰值电流模式控制的非连续升降压转换器是LED驱动器的一个不错选择。但是，采用这种升降压转换器用于驱动器设计时，LED电压的变化会改变LED电流，LED开路将导致输出端产生过高的电压，从而损坏转换器。本文将详细讨论这种应用于LED的转换器设计，并描述多种克服其固有缺点的方法。发光二极管(LED)的应用已有很多年，随着最新技术的进步，它们正逐渐成为照明市场中强有力的竞争者。新的高亮度LED具有很长的寿命(约10万小
35、时) 和很高的效率(约30流明/瓦)。过去三十多年来，LED的光输出亮度每1824个月便会翻一番，而且这种增长势头还会持续下去，这种趋势称为 Haitz定律， 相当于LED的摩尔定律。图1a：LED的并联连接。图1b：LED的串联连接。 从电气上来说，LED与二极管类似，它们是单向导电(尽管它们的反向阻断能力并不太好，高的反向电压很容易损坏LED)，具有与常规二极管类似的低动态阻抗V-I特性。另外，LED一般都有安全导通时的额定电流(高亮度LED的额定电流一般为350mA或700mA)。通过额定电流时，LED正向压降的差异可能比较大，通常350mA白光LED的压降在3至 4V之间。驱动LED需
36、要受控的DC电流。为了使LED的使用寿命长些，LED电流中的纹波必须很低，因为高纹波电流会使LED产生较大的阻性功耗，降低LED使用寿命。LED驱动电路需要更高效率，因为总体效率不仅取决于LED，还与驱动电路有关。而工作于电流控制模式的开关转换器是满足LED应用的高功率及高效率要求的理想驱动选择。驱动多个LED也需要仔细考虑。出于下面两个原因，不推荐如图1a那样并联LED串：由于各个LED的动态阻抗和正向压降不相同，如果没有外部均流电路 (如电流镜像)，不可能保证流过LED上的电流相同；一个LED出现故障将使LED串断开，致使所有LED电流在剩下的LED串之间分配，这将导致LED 串上的电流增
37、大，并可能损坏LED。因此，更好的做法是将LED串联起来。但该方法的缺点是，如果一个LED出现故障，则整个LED串将停止工作。让剩下的LED串继续工作的一个简单办法是将一个齐纳二极管(其额定电压大于LED的最高电压)与每个(或每组)LED并联，如图1b所示。这样，任何一个LED发生故障后，其电流都会流到相应的齐纳二极管上，LED串的其余部分仍可正常工作。基本的单阶开关转换器可分为三类：降压转换器、升压转换器和升降压转换器。当LED串的电压低于输入电压时，降压转换器(图2a)是理想的选择；当输入电压总是低于串输出电压时，则使用升压转换器比较合适(图2b)；当输出电压可能高于也可能低于输入电压时(
38、由输出或输入变化引起)，则采用升降压转换器 (图2c)比较合适。升压转换器的缺点是，输入电压的任何瞬变(可使输入电压升高并超过输出电压)都会导致LED上流过很大电流 (由于负载的低动态阻抗)，从而损坏LED。升降压转换器也可代替升压转换器，因为输入电压的瞬变不会影响LED电流。升降压转换器的工作原理对于低电压应用中的LED驱动器，升降压转换器是一种不错的选择。其原因有多种，下面列举了其中一部分：它们可用高于和低于输入电压的电压来驱动LED串 (升压和降压)；很高的效率(很容易到达85%以上)；非连续工作模式可抑制输入电压的变化(提供优良的线电压调节)；峰值电流控制模式允许转换器调节 LED电流
39、，而无需复杂的补偿(简化设计)；很容易实现线性和PWM LED亮度调节；开关晶体管失效不会损坏LED。图2a：降压转换器。图2b：升压转换器。图2c：升降压转换器。 但是，这种方法仍有两个缺点：峰值电流受控并采用非连续电流模式的升降压转换器是一种功率恒定的转换器，因此，LED串电压的任何变化都会引起LED电流相应改变；另一个问题是，LED开路状态会在电路中产生损坏转换器的高电压；此外，还需要额外的电路将恒定功率转换器转变为恒定电流转换器，并在无负载情况下保护转换器。 图3为升降压转换器应用电路图，控制器内置了用于设定开关频率的振荡器。在开关周期之初，Q1导通。由于输入电压VIN加在电感上，电感
40、电流(iL(t)开始从零(初始稳定状态)开始上升。其中，L是电感值。IC通过测量电阻RL两端的电压间接监测电感电流。当该感应电压上升至预先设定的电压值(ipk)时， Q1关闭。开关导通时间(ton)由式(2)确定。此时，存储在电感内的总能量(J)为尽管开关关闭，流经电感的电流并不会中断。这会使二极管D1导通，并在电感两端产生输出电压(-VO)，这个负电压会导致电感电流迅速下降。经过时间tOFF后，电感电流趋于零。此时间可通过公式(5)计算：为使转换器工作在非连续导通模式下，开关导通时间与电感电流下降时间总和必须小于或等于开关周期 TS，这可确保在下一个开关周期电感电流从零开始。在输入电压最小和
41、输出电压最大的情况下(tON+t)OFF)取得最大值。因此，确保在这些电压下转换器工作于非连续导通模式可保证在任何情况下都能满足公式6所示的条件。转换器从输入端获得的功率(Pin)可由式(3)乘以开关频率fs得到。假设LED串电压(VO)恒定且效率为100%，那么LED电流(iLED)为受在峰值电流控制模式下，ipk是一个固定值。因此，LED电流完全独立(理论上)于输入电压。在固定的ipk下，输入电压的上升(下降)会引起晶体管的导通时间成反比例减少(增加)，这将提供很好的线电压调节。在实际应用中，从控制IC检测到电流峰值到GATE引脚实际关断之间的延迟会引起输入功率变化。导通时间比较短的设计会
42、由于延迟时间而出现更多误差，因为延迟时间将会占导通时间的相当大部分。图3：升降压转换器。 式(8)也表明LED电流与LED串电压成反比。一个标称输出为20V和350mA的电路将在10V输出电压时产生700mA的电流，这显然不是期望的结果。但是，通过使开关频率与输出电压成正比，式(8)提供了一种将恒定功率转换器转换为恒定电压转换器的方法。假设fs=KVO，其中K是常数，这样，LED电流将独立于输入和输出电压。回扫转换器的另一个缺点是它易受输出开路状态的影响。当LED开路时，存储在电感内的能量在每次开关导通时间的最后都会被转移到输出电容里。缺少供电容放电的负载而导致电容两端的电压逐渐上升，最后超过
43、器件的标称值并损坏功率级。通过增加额外的电路(下部分将介绍)可提供输出电压反馈及过压保护。输出电压反馈图4显示了实现过压保护和LED开路保护所需额外电路。很多峰值电流模式控制器IC具有专用的RT引脚。与该引脚相连的电阻用来设置内部电流，该内部电流用来给振荡器电容(可以是内部或外部)充电。振荡器电容上的斜坡电压控制开关频率，这样，开关频率与RT引脚的输出电流成正比。电阻越小(大)，电流就越大(小)，开关频率也就越高(低)。基于这一原理，可利用输出电压反馈来调整开关频率。电阻R3和R4构成一个分压器。R4上的电压减去晶体管Q2基极和发射极之间的压降(Vbe)就是R5上的电压。因此，流经R5的电流(
44、IR5)为该电流是利用匹配的晶体管对从控制IC的引脚RT获得的。因此，其中，KIC是所选用的控制器的电流到频率的倍增常数。如果电阻R4上的电压降远远大于Vbe，则(VR5-Vbe)VR5，且图4中的电阻R2用于启动转换器。启动状态下，输出电压为零，因而IR5也为零。由于没有来自控制器RT引脚的电流，转换器无法启动。增加电阻R2可以在启动状态下获得一小部分电流，并使R2的大小满足其中V(RT)是控制器RT引脚上的电压。这样可确保转换器能够启动，并将R2带来的误差降至最低。例如，选择R3=R4，式(10)简化为：这里假定输出电压比Q2的基极发射极压降大得多。结合式(8)、(10)、(11)和(14
45、)，可以得到输出LED电流为这样LED电流不再决定于输入或输出电压。采用电阻R6、晶体管Q3和齐纳二极管D2可增加过压保护功能。在LED开路状态下，当开关导通时，电感存储能量，当开关关闭时，该能量转移到输出电容上。因为没有足够的负载供电容放电，输出电压在每个周期都会逐渐升高。当电压升高到超过齐纳二极管的导通电压时，由D2和R6组成的齐纳二极管分支电路开始导通。这也提供了一条通过Q3基极电流的路径，使Q3导通。此时，电阻R4实际上被短路。因此，Q2的基极发射极的PN结将关闭，导致R5上的电流为零。这将停止控制器的内部振荡直到输出电压降到齐纳二极管电压以下，以上过程继续进行。这种猝发模式可将LED
46、开路状态下的平均功率降至最小。这种过压保护方法将强制控制IC进入低频、低功率的工作模式。齐纳二极管电阻分支电路上的电流必须能在R6上产生足够大的电压，以便为晶体管基极发射极PN结提供偏置。PWM亮度调节图4：带过压保护和输出电压反馈电路的升降压转换器 在带有输出电流反馈的开关LED驱动器中，需要反馈补偿来稳定转换器，并调节电流以达到期望的电流值。这些反馈方案的瞬态响应性能是有限的，无法满足 LED的PWM亮度调节所需要的快速开/关瞬态响应。然而，本文所描述的转换器并不要求任何反馈补偿。该控制方案所用的唯一反馈信息是通过传感电阻获得的流经MOSFET的峰值电流。因为转换器在每个周期都存储了所需的能量，所以它可以对瞬态做出即时响应。因此它可以很方便地与PWM亮度调节方案一起工作。 本文小结升降压转换器是低直流电压输入LED驱动器的有效解决方案，无论输出电压高于还是低于输入电压，它都可以驱动LED串。此外，还可在转换器中增加小型而低廉的额外电路以克服负载调