LED驅(qū)動方案技術比對分析
文章來源:恒光電器
發(fā)布時間:2015-09-07
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一、高壓LED的概念
“高壓LED”是一種由LED廠家提供串聯(lián)好的小功率LED，國際資訊，如圖1所示，它是集成LED的一種;而如圖2所示的集成LED和前者的主要區(qū)別是：前者是全部串聯(lián)，照明方案，后者是串并聯(lián)。集成LED的特點是在大晶片上采用開槽的方法，將其切割成若干小LED，然后用絕緣層把這些溝槽填平，按照串并聯(lián)要求鋪設連接各個LED的導線。
圖1 高壓LED(全部串聯(lián))
圖2 高壓LED(串并聯(lián))
本文所討論的線性高壓LED驅(qū)動方案，是較小電流(小于100mA)、較高電壓的LED驅(qū)動方案。
LED的負載特性如圖3所示，根據(jù)LED的負載特性，高壓LED需有一種可控恒流源來控制。經(jīng)過整流的工頻交流電電壓，如將此電壓直接加到輸出LED上，就無法實現(xiàn)恒流，即整個工頻周期內(nèi)通過LED電流不恒定：一、無法實現(xiàn)亮度的控制;二、LED燈珠壽命大大縮短。根據(jù)控制要求不同，主要的恒流控制方法有：開關電源驅(qū)動、阻容降壓驅(qū)動、恒流二極管以及線性高壓驅(qū)動。
二、技術路線“PK”
1、線性高壓驅(qū)動vs高頻開關電源驅(qū)動
在LED燈珠負載里串接MOSFET，讓MOSFET閉環(huán)受控于LED負載電流，工作在線性區(qū)，使線路產(chǎn)生“恒流-變壓”效果，這樣在LED負載通過的就是恒定電流，而串接的MOSFET承受了變化的電壓。這類似LDO(Low Dropout Regulator低壓差線性穩(wěn)壓器)的工作原理。簡單說來，這就是線性高壓驅(qū)動LED的工作原理。
高頻開關電源驅(qū)動是通過高頻開關、磁性元器件，將交流市電轉換為LED需求的電壓、電流。高頻開關電源驅(qū)動又分為隔離和非隔離兩種。
相比與高頻開關電源，線性高壓方案的優(yōu)點主要是：線路簡單，電路工作在工頻線性模式， led亮化工程，不是在高頻模式，省去了高頻電感，同時沒有EMI的問題，省去了EMC電路。
而高頻開關電源驅(qū)動相比于線性高壓方案，在線路復雜許多，CCC認證，但可以靈活實現(xiàn)各種負載輸出需求。兩者應用場合不同，企業(yè)資訊，嚴格意義上講不具有可比性。我們接下來著重比較線性高壓方案和它的主要對手：傳統(tǒng)阻容降壓方案和二極管驅(qū)動方案。
2、線性高壓驅(qū)動VS阻容降壓驅(qū)動VS二極管驅(qū)動
阻容降壓工作原理是利用電容在一定交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流，電容降壓實際是利用容抗限流，而電容器起到限制電流和動態(tài)分配電容器和負載兩端電壓的角色。如圖4，LED照明品牌，由于整流管的導通電阻只有幾歐姆，穩(wěn)壓管VS的動態(tài)電阻為10歐姆左右，裝修照明，限流電阻R1及負載電阻一般為100-200歐姆，而濾波電容一般為100uF-1000uF，行業(yè)資訊，其容抗小，可忽略。若用R代表除C1以外所有元器件的等效電阻，可以畫出如圖4中下圖的交流等效電路，同時滿足了>R的條件，所以可以畫出電壓向量由于R甚小于，R上的壓降也遠小于C1上的壓降，所以VC1與電源電壓V近似相等，即=V。根據(jù)電工原理可知：以1uF、50Hz交流電為例，串聯(lián)電容容抗=3185歐姆(1/2*3.14*50*10e-6)，整流后的直流電流平均值Id。
恒流二極管方案是用恒流二極管直接驅(qū)動LED，照明資質(zhì)，但我們把恒流二極管用于LED驅(qū)動時必須注意選擇恰當?shù)碾娏骱湍蛪骸?/p>
1、最低電壓。由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進入恒流，太低的電源電壓是無法工作的。通常這個Vk大約在5-10V左右，所以大多數(shù)采用電池供電的LED無法工作。
2、最大電流由于恒流二極管的功耗受到限制，所以過大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二極管就很難提供。
3、目前比較合適的使用場合就是交流市電供電的LED燈具，LED射燈，采用很多小功率LED串聯(lián)，LED-T5一體化燈管，也就是高壓小電流的情況最為合適。
圖5就是一種用于球泡燈的恒流二極管驅(qū)動源。其負載是80顆3014，LED照明企業(yè)，總功率為8W，所用的恒流二極管也是恒流在30mA。假如手頭的恒流二極管只有5mA的，就需要6個并聯(lián)。
在這里，LED-T5一體化燈管，恒流二極管的作用就是要在輸入市電電壓變化時，保持輸出電流不變。但是由于恒流二極管的耐壓有一定限制，所以它能吸收的電源電壓變化也有限。就拿100V耐壓的CRD來說，建筑照明，用在220VAC市電電源里，都還只能對付有限的電壓變化，220VAC經(jīng)過橋式整流以后它的輸出直流電壓大約為311V。如果市電變化-10%-+20%，就相當于整流后為280V-373V，電壓變化93V。假如所用的LED為80顆，那么總電壓為240V，當市電電壓波動到264VAC時，經(jīng)過橋式整流以后是373V。這時壓差已超過恒流二極管的耐壓，安全性大大降低，所以在運用中LED的電壓受到嚴格限制。(整理/尹明權)
圖3 LED負載特性
圖4 阻容降壓驅(qū)動高壓LED示意
圖5 采用恒流二極管作為LED驅(qū)動電源
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