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LED驱动电源未来的发展形势

2017-04-19
类别:业界动态
eye 325
文章创建人 拍明

       作为一种新的光源,近LED电源和驱动电路与荧光灯的电子镇流器不同,LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为直流电压,并同时完成与LED的电压和电流的匹配。随着硅集成电路电源电压的直线下降,LED工作电压越来越多地处于电源输出电压的最佳区间,大多数为低电压IC供电的技术也都适用于为LED,特别是大功率LED供电。再则,LED电源还应能利用低电压IC电源产量逐渐上升带来的规模经济。

LED电源是电源中的一种,是向电子设备提供功率的装置,也是电源供应器。[1]是通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置,这个装置就叫做整流电源,也叫驱动电源。把能提供信号的电子设备叫做信号源。锂电池、干电池、整流电源、信号源有时也叫做电源。电池分±级。

特点

把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。

发电机能把机械能、化学能等转换成电能,干电池能把化学能转换成电能。

电池本身并不带电,它的两极分别有正负电荷,由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的),电荷是广泛存在于导体中的导电的离子,要产生电流只需要加上电压即可。

当电池两极接上导体时为了产生电流而把电荷释放出去,当电荷散尽时干电池等叫做电源;通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。

LED电源是恒流源,一般开关电源是恒压源。

工作原理:LED对电源的供给有2个方面的要求,首先要求输出电压>LED的导通电压,其次是要求工作电流稳定,并且不能大于LED的额定电流。当LED的工作电流超过额定电流时,LED会很快出现衰老损坏。因此LED使用的电源必须具有恒流功能。

在设计LED用的开关电源,首先确定LED的电流,然后根据使用灯珠的串联数量来确定电源电压。设计时以电流作为主要工作参数,电压为辅助参数。其框图如下图所示:[1]

电压

LED电源一般的工作电压为3.03.6V。有一些工作电压更低,如2.02.52.7V等;也有一些是1.2V常用工作电压为5V12V24V,还有少数15V28V的特殊用途的电压源。

电流

从几毫安到几安都有,但是由于大多数嵌入式电子产品的工作电流小于300mA,所以30300mA的电源在品种及数量上占较大的比例。

尺寸

发展的便携式产品都采用贴片式器件,主要有SO封装、SOT-23封装,μMAX封装及封装尺寸最小的SC-70及最新的SMD封装等,使电源占的空间越来越小。

措施

新型电源有完善的保护措施,这包括:输出过流限制、过热保护、过压保护、短路保护及电池极性接反保护。

耗电功能

新型电源的静态电流都较小,一般为几十μA到几百μA

个别微功耗的线性稳压器,其静态电流仅1.1μA。另外,不少电源IC有关闭电源控制端功能(用电瓶来控制),在关闭电源状态时IC自身耗电在1μA左右。

由于它可使一部分电路不工作,可大大节省电能。

例如,在无线通信设备上,在发送状态时可关闭接收电路;在未接收到信号时可关闭显示电路等。

输出

不少便携式电子[4]产品中有单片机,在电源因过热或电池低电压而使输出电压下降一定百分数时,电源有一个电源工作状态信号输给单片机,使单片机复位,利用这个信号也可以做成电源工作状态指示(当电池低电压时,有LED显示)

电压

一般的输出电压精度为±24%之间,有不少新型电源的精度可达±0.5~±1%

并且输出电压温度系数较小,一般为±0.3~±0.5mV/℃,而有一些可达到±0.1mV/℃的水平。

线性调整率一般为0.05%~0.1%/V,有的可达0.01%/V;负载调整率一般为0.30.5%/mA,有的可达0.01%/mA

电源

升压式DC/DC变换器的效率高,但纹波及噪声电压较大,低压差;线性稳压器效率低,‘但噪声最小,这两者结合组成的双输出电源IC可较好地解决效率及噪声的问题。例如,数字电路部分采用升压式DC/DC变换器电源,而对噪声敏感的电路采用LDO电源,这种电源有MAX710/711MAX1705/1706等。

另一种例子是电荷泵+LDO组成,输出稳压的电荷泵电源IC,例如MAX868,它可输出0-2VIN可调的稳定电压,并可提供30mA电流;MAX1673稳压型电荷泵电源IC输出与VIN相同的负压,输出电流可达120mA不等。

分类

1、按供电电压分:高压AC85-265、低压1.5-36V

2、按供电方式分:恒压源和恒流源之分.

3、按输入输出的隔离关系分:隔离电源和非隔离电源.

4、输入电压与输出电压的关系分:升压型、降压型、升降压型.等等

LED不能像传统光源那样直接使用供电电源,需要驱动电路将供电电源变换为直流电流才能工作。LED驱动电路的类型、结构与供电电源的类型有关,通常分为直流供电、交流供电两大类。

LED驱动电源未来的发展形势.jpg

直流供电

指能直接提供直流电流的各种干电池、蓄电池和太阳能电池等,根据所提供的电源电压又可分为以下几种形式。

低电压驱动低电压驱动就是指用低于LED正向导通压降的电压驱动LED,如一节普通干电池或镍铬/镍氢电池,其正常供电电压为0.81.65V。低电压驱动LED需要把电压升高到足以使LED导通的电压值。对于LED这样的低功耗照明器件,这是一种常见的使用情况,如LED手电筒、LED应急灯、节能台灯等。由于受单节电池容量的限制,一般不需要很大功率,但要求有最低的成本和比较高的变换效率。另外,考虑到有可能配合一节5号电池工作,还要有最小的体积,其最佳技术方案是电荷泵式升压变换器。[5]

过渡电压驱动过渡电压驱动是指给LED供电的电源电压值在LED管压降附近变动,这个电压有时可能略高于LED管压降,有时可能略低于LED管压降。如一节锂电池或者两节串联的铅酸电池,满电时电压在4V以上,电快用完时电压在3V以下。用这类电源供电的典型应用有LED矿灯等。过渡电压驱动LED的电源变换电路既要解决升压问题又要解决降压问题,为了配合一节锂电池工作,也需要有尽可能小的体积和尽量低的成本。一般情况下功率也不大,其最高性价比的电路结构是反极性电荷泵式变换器。

高电压驱动高电压驱动是指给LED供电的电压值始终高于LED管压降,如6V12V24V蓄电池,典型应用有太阳能草坪灯、太阳能庭院灯、机动车的灯光系统等。高电压驱动LED要解决降压问题,由于高电压驱动一般是由普通蓄电池供电,会用到比较大的功率(如机动车照明和信号灯光),应该有尽量低的成本。变换器的最佳电路结构是串联开关降压电路。交流供电(市电驱动),这是一种对LED照明应用最有价值的供电方式,是半导体照明普及应用必须要解决好的问题,交流供电(市电驱动)应用于LED驱动,一般要经过降压、整流、滤波、稳压(或稳流)等环节,使交流电源转换为直流电源,然后通过适当的驱动电路为LED提供合适的工作电流,还要有比较高的变换效率、有较小的体积和较低的成本。另外,还应该解决安全隔离问题。考虑到对电网的影响,还要解决好电磁干扰和功率因数问题。对中小功率的LED,其最佳电路结构是隔离式单端反激变换器。对于大功率的应用,应该使用桥式变换电路[5]

驱动电路(DriveCircuit),位于主电路和控制电路之间,用来对控制电路的信号进行放大的中间电路(即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管),称为驱动电路。

驱动电路的基本任务,就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求,转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间,可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号,对全控型器件则既要提供开通控制信号,又要提供关断控制信号,以保证器件按要求可靠导通或关断。

驱动电路的基本任务,就是将信息电子电路传来的信号按照其控制目标的要求,转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间,可以使其开通或关断的信号。对半控型器件只需提供开通控制信号,对全控型器件则既要提供开通控制信号,又要提供关断控制信号,以保证器件按要求可靠导通或关断。

驱动电路为什么要采取隔离措施

安规问题,驱动电路副边与主电路有耦合关系,而驱动原边是与控制电路连在一起,主电路是一次电路,控制电路是ELV电路,一次电路和ELV电路之间要做加强绝缘,实现绝缘要求一般就采取变压器光耦等隔离措施。

一,LED电源和驱动电路主要技术概况

1)电压变换技术

电源是影响LED光源可靠性和适应性的一个重要组成部分必须作重点考虑。目前我国的市电是220V的交流电,而LED光源属半导体光源,通常是用直流低电压供电,这就要求在这些灯具中或外部设置AC-DC转换电路,以适应LED电流驱动的特征。目前电源选择的途径有开关电源、高频电源、电容降压后整流电源等多种,根据电流稳定性,瞬态过冲以及安全性、可靠性的不同要求作不同选择。

2)电源与驱动电路的寿命与成本

LED寿命方面,虽然单颗LED本身的寿命长达10万小时,但其应用时必须搭配电源转换电路,故LED照明器具整体寿命必须从光电整合应用加以考虑。但对照明用LED,为达到匹配要求,电源与驱动电路的寿命必须超过10万小时,使其不再成为led照明系统的瓶颈因素。在考虑长寿命的同时又不能增加太多的成本,电源与驱动电路的寿命与成本的通常不宜超过照明系统总成本的三分之一,在led照明灯具产品发展的初期,必须平衡好电源与驱动电路的寿命与成本的关系。

3)驱动程序的可编程技术

LED用作光源一个显著的特点就是在低驱动电流条件下仍能维持其流明效率,同时对于R.G.B.多晶型。

混光而形成白光来说,通过开发一种针对LED的数字RGB混合控制系统,使用户能够在很大范围内对LED的亮度,颜色和色调进行任意调节,给人以一种全新的视觉享受。在城市景观亮化应用方面,LED光源可在微处理器控制下可以按不同模式加以变化,形成夜晚的多姿百态的动态效果,在这方面将体现LED相对于其它光源所具有的独特的竞争优势。

4)电源与驱动电路的效率

LED电源与驱动电路,既要有一定的供LED所需的接近恒流的正向电流输出,又要有较高的转换效率,电光转化效率是led照明的一个重要因素,否则就会失去LED节能的优点,目前商业化的开关电源其效率约为80%左右,作为led照明用电源,其转换效率仍须进一步提升。

二,技术发展趋势

1)针对LED的特点开发一系列恒压恒流控制电子电路,利用集成电路技术将每颗LED的输入电流控制在最佳电流值,使得LED能获得稳定的电流,并产生最高的输出光通量。LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。

2)LED驱动电路具有智能控制功能,使LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种因素而产生变化时,初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。

3)在控制电路电路设计方面,要向集中控制,标准模块化,系统可扩展性三方面发展。

4)在目前LED光效和光通量有限的情况下,充分发挥LED色彩多样性的特点,开发变色LED灯饰的控制电路。

 



责任编辑:Davia

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