【導(dǎo)讀】LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)對(duì)LED是否能夠正常工作以后工作的壽命起到?jīng)Q定性的作用。LED驅(qū)動(dòng)電路的主要功能在于將輸入供電電源轉(zhuǎn)換為適合LED驅(qū)動(dòng)的供電輸出，為L(zhǎng)ED負(fù)載供電，按照LED的工作電壓和電流要求完成與LED負(fù)載的電壓和電流匹配。本文總結(jié)歸納了LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的有關(guān)技術(shù)，希望能對(duì)讀者提供素材。
LED驅(qū)動(dòng)電路的主要功能
LED驅(qū)動(dòng)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(shí)，仍能保持LED工作電流的穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)：
1.確保LED負(fù)載工作電流穩(wěn)定;
2.避免LED驅(qū)動(dòng)電流超出最大額定值，影響LED負(fù)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(shí)，LED驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)0~100%的調(diào)光，而且還可以保證在整個(gè)調(diào)光過(guò)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(diǎn)。
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(dòng)器為52%?？梢娫贚ED燈具中LEDs的損壞率并不高，LED驅(qū)動(dòng)電路失效率相對(duì)較高為52%，LED燈具失效90%并非來(lái)自LED(數(shù)據(jù)來(lái)源：Appalachian Lighting Systems)。該數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的。
LED驅(qū)動(dòng)與有關(guān)技術(shù)要求
對(duì)LED 驅(qū)動(dòng)電路主要技術(shù)指標(biāo)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(dòng)電源的總諧波失真(THD)等。
對(duì)更高級(jí)的LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有可以監(jiān)測(cè)和報(bào)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(shí)現(xiàn)對(duì)LED的VF值無(wú)需分級(jí)、對(duì)由于LED驅(qū)動(dòng)器和LED燈具之間的線路電壓降進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和補(bǔ)償、光學(xué)反饋、自動(dòng)進(jìn)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(dòng)電路的使用過(guò)程中應(yīng)注意LED驅(qū)動(dòng)電路的應(yīng)用場(chǎng)合，例如注意LED驅(qū)動(dòng)電路的用途、安裝方式、環(huán)境噪聲干擾、正確使用LED驅(qū)動(dòng)電路和有關(guān)技術(shù)支持會(huì)對(duì)提高LED驅(qū)動(dòng)電源工作可靠性有幫助。
在使用LED驅(qū)動(dòng)電路時(shí)還需注意LED驅(qū)動(dòng)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(duì)LED及其驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行熱管理，LED驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)選用合適型號(hào)的電解電容器。
對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電路的機(jī)械部件注意安裝機(jī)械應(yīng)力、抗震動(dòng)性和防潮濕、防水等問(wèn)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(duì)使用環(huán)境的影響，注意LED驅(qū)動(dòng)電路的抗UV/抗化學(xué)腐蝕性和正確使用LED驅(qū)動(dòng)電路等問(wèn)題。
目前LED驅(qū)動(dòng)電路存在的一些主要問(wèn)題如下：
1.質(zhì)量一般的LED驅(qū)動(dòng)電路不采用閉環(huán)反饋控制技術(shù);
2.很少LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研發(fā)是基于復(fù)雜知識(shí)產(chǎn)權(quán)的要求;
3.目前只有很少的LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)是采用RDM(遠(yuǎn)程部署管理)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈具工作狀態(tài)的遙控監(jiān)測(cè)。
LED驅(qū)動(dòng)電路對(duì)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(dòng)電源的造價(jià)、驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源的保護(hù)工作特性(如過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)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(jià)等方面。
LED驅(qū)動(dòng)電路常見干擾
LED驅(qū)動(dòng)電路常見的干擾有電壓下陷、電壓上突、欠電壓、過(guò)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(huì)對(duì)LED照明驅(qū)動(dòng)電路的正常工作造成影響，嚴(yán)重時(shí)有可能損壞LED照明驅(qū)動(dòng)電路，所以在設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路時(shí)需考慮驅(qū)動(dòng)電路的抗干擾工作性能，確保驅(qū)動(dòng)電路可靠工作。
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LED恒壓和恒流驅(qū)動(dòng)電源工作原理
LED線性恒流(CC)驅(qū)動(dòng)電源具有電路簡(jiǎn)單、使用元器件數(shù)量少和EMI小的特點(diǎn)。
LED采用串聯(lián)工作方式可以確保通過(guò)每只LED的工作電流一致，而LED恒壓(CV)驅(qū)動(dòng)LED并聯(lián)使用時(shí)則不能確保通過(guò)每只LED的工作電流一致。
線性LED驅(qū)動(dòng)電路的功耗可以用公式(VIN–n×VF)×IF表示，公式中n表示LED負(fù)載串中的LED數(shù)，在LED負(fù)載電流等于或大于350mA的應(yīng)用場(chǎng)合，線性LED驅(qū)動(dòng)電路中的功率管需用散熱片，加大了LED驅(qū)動(dòng)電路的成本和體積。
(1)LED恒壓驅(qū)動(dòng)電源工作原理
LED負(fù)載恒壓驅(qū)動(dòng)電源工作原理圖如圖1所示，通過(guò)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(shí)用中不宜采用恒壓LED驅(qū)動(dòng)工作方式。
LED恒流驅(qū)動(dòng)電源工作原理圖如圖2所示，穩(wěn)定的LED負(fù)載工作電流對(duì)穩(wěn)定LED的發(fā)光色溫和輸出流明數(shù)有利。所以，實(shí)用中LED負(fù)載采用恒流驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)LED負(fù)載驅(qū)動(dòng)工作電流的調(diào)節(jié)。
如果驅(qū)動(dòng)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(lái)為L(zhǎng)ED負(fù)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(diǎn)，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(dòng)電路的工作噪聲大。現(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(dòng)電源體積要小許多。
實(shí)用中，如果LED負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源輸入直流電壓低于LED負(fù)載串的工作電壓，可以采用輸出升壓(Boost)電路來(lái)為L(zhǎng)ED負(fù)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(dòng)應(yīng)用場(chǎng)合，這時(shí)輸出電壓隨LED負(fù)載串的電流變化而變化。
如果LED負(fù)載驅(qū)動(dòng)電源的直流輸入供電電壓變化范圍在LED負(fù)載串工作電壓的變化范圍內(nèi)上下浮動(dòng)變化，這時(shí)可以采用Buck-boost，SEPIC，C’uk或反激變換(Flyback)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載。
常用LED驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)渑c特點(diǎn)如表1所示，公式中D表示開關(guān)變換脈沖占空比。
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