LED照明電源電路設(shè)計有問必答

LED驅(qū)動方案選型討論

1. LED驅(qū)動IC特點(diǎn)與選擇

網(wǎng)友提問：LED驅(qū)動必須用專用LED驅(qū)動IC嗎?與普通IC相比有何優(yōu)缺點(diǎn)呢?

專家回復(fù)：LED驅(qū)動專用IC的優(yōu)點(diǎn)是Vin寬、輸出電流大、恒流精度高、采用抖頻可有效降低EMI。

LED驅(qū)動用恒流源主要是保證LED在發(fā)光的工作時間段光線亮度一致、不閃爍。低價手機(jī)用LDO來驅(qū)動背光的LED也是常用的，只是電源的利用率不高，好在大多手機(jī)設(shè)計鋰電池電壓降致3.3V時關(guān)機(jī)。LED照明燈具用LDO來驅(qū)動就不是好方法了，LDO不能恒流。

網(wǎng)友提問：那么國產(chǎn)和外國LED驅(qū)動IC又該怎樣選擇?

專家回復(fù)：LED驅(qū)動IC很多，性價比各不相同，關(guān)鍵看設(shè)計產(chǎn)品的目標(biāo)價位是多少，如求競爭能力和較多利潤，本土IC產(chǎn)品也不錯。

2. LED驅(qū)動電源選擇和設(shè)計問題

網(wǎng)友提問：選擇和設(shè)計LED驅(qū)動電源時要考慮哪些問題

專家回復(fù)：LED驅(qū)動電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下：LED驅(qū)動電源的輸入包括市電、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流等。而LED驅(qū)動電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。

根據(jù)電網(wǎng)的用電規(guī)則和LED驅(qū)動電源的特性要求，在選擇和設(shè)計LED驅(qū)動電源時要考慮以下問題。

a.高可靠性 特別像LED路燈的驅(qū)動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費(fèi)也大。

b.高效率 電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。

c.驅(qū)動方式 現(xiàn)在通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨(dú)給每路LED供電。另一種是直接恒流供電，LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。怎樣選擇啟動方式要根據(jù)實際需要。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。

d.浪涌保護(hù) LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌，有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入，保護(hù)LED不被損壞的能力。

e.其他要素，如，提高電源功率因數(shù);增加LED溫度負(fù)反饋功能;外部防護(hù)方面，要防水、防潮，外殼要耐曬;驅(qū)動電源的壽命要與LED的壽命相適配;要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。

3. LED 驅(qū)動IC發(fā)展方向

專家講解： 照明用LED 驅(qū)動IC發(fā)展方向

LED光源是一種長壽命光源，理論壽命可達(dá)50000小時，但是應(yīng)用電路設(shè)計不合理、電路元器件選用不當(dāng)、LED光源散熱不好，都會影響它的使用壽命。特別是在應(yīng)用電路里，作為AC/DC整流橋的輸出濾波器的電解電容器，它的使用壽命在5000小時以下，這就成了制造長壽命LED燈具技術(shù)的攔路虎，設(shè)計生產(chǎn)可以在應(yīng)用電路里省去電解電容器的新一代LED驅(qū)動IC是可行的解決方案.

此外，對新一代LED驅(qū)動IC的設(shè)計必須打破傳統(tǒng)的DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計理念，如采用恒功率、不采用磁滯控制的降壓型而采用定頻定電流控制、解決使用鹵素?zé)綦娮幼儔浩魉a(chǎn)生的燈源閃爍和多燈并聯(lián)不亮問題等等;還必須解決LED驅(qū)動IC在多種應(yīng)用電路中能過EMC、安規(guī)、CE、UL等認(rèn)證;應(yīng)用電路力求簡潔、使用元器件少也是客戶降低成本所夢寐以求，和市場競爭所必須的;隔離與非隔離的應(yīng)用歷來是商家在安全與效率之爭焦點(diǎn);提高PWM控制器的占空比等等。

0.5W-3W的LED光源與LED 驅(qū)動 IC集成在一個CMC封裝內(nèi)的新一代芯片已經(jīng)小批量生產(chǎn)，顯示LED 驅(qū)動 IC正在向高度集成化的多芯片CMC封裝方向發(fā)展;可用交流電(AC)直接驅(qū)動發(fā)光的新一代、特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)AC LED光源生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，將開創(chuàng)LED照明技術(shù)的又一新紀(jì)元。

4. 隔離型與非隔離型驅(qū)動方案比較

網(wǎng)友提問：目前在以市電為輸入電源的LED驅(qū)動方案中，隔離型與非隔離型兩種驅(qū)動方案相比較各自有何優(yōu)缺點(diǎn)?如何選用

專家回復(fù)：總的來說，隔離型驅(qū)動安全但效率較低，非隔離型驅(qū)動效率較高，應(yīng)按實際使用的要求來選隔離型還是非隔離型驅(qū)動。

就電路結(jié)構(gòu)而言：目前的隔離型方案多是AC/DC的反激式(Flyback)電路方案，因此相對電路較復(fù)雜、成本較高。非隔離型基本是采用DC/DC的升壓(Boost)或降壓(Buck)電路，則相對電路較簡單，因而成本也相對較低。

恒流精度：隔離型可以做到±5%以內(nèi)，而非隔離型則很難做到。

在應(yīng)用領(lǐng)域：目前在以市電為輸入電源的LED燈具中(特別是驅(qū)動與光源一體的燈具)，本著安全第一的原則，基本已不再采用非隔離型方案。但也有例外，LED日光燈管由于受到結(jié)構(gòu)和空間的制約，仍還用非隔離型方案。在低壓供電的LED燈具中，以效率和成本優(yōu)先的原則，非隔離型方案是最佳的選擇。

5. AC直接驅(qū)動的LED技術(shù)

網(wǎng)友提問： 用AC直接驅(qū)動的LED技術(shù)是怎么回事?

專家回復(fù)：AC LED光源是將一堆LED微小晶粒采用交錯的矩陣式排列工藝均分為五串，AC LED晶粒串組成類似一個整流橋，整流橋的兩端分別聯(lián)接交流電源，另兩端聯(lián)接一串LED晶粒，交流電的正半周沿藍(lán)色通路流動，3串LED晶粒發(fā)光，負(fù)半周沿綠色通路流動，又有3串LED晶粒發(fā)光，四個橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光，相對橋臂上的LED晶粒同時發(fā)光，中間一串LED晶粒因共用而一直在發(fā)光。在60Hz的交流電中會以每秒60次的頻率輪替點(diǎn)亮。整流橋取得的直流是脈動直流，LED的發(fā)光也是閃動的，LED有斷電余輝續(xù)光的特性，余輝可保持幾十微秒，因人眼對流動光點(diǎn)記憶是有惰性的，結(jié)果人眼對LED光源的發(fā)光+余輝的工作模式解讀是連續(xù)在發(fā)光。LED有一半時間在工作，有一半時間在休息，因而發(fā)熱得以減少40-20%。因此AC LED的使用壽命較DC LED長。

AC LED成熟的產(chǎn)品如首爾用于AC110C的AX3201、AX3211和用于220V的AX3221、AX3231。

工程師LED驅(qū)動電路設(shè)計問題解答

1. LED驅(qū)動電路工作原理

網(wǎng)友提問：這份LED驅(qū)動電路中各元件分別起什么作用?是如何工作的?

專家回復(fù)：上圖是驅(qū)動3顆1W白光LED的電原理圖，它是12~24V電壓范圍里交直流兩用的。

D1~D4組成整流橋，這個橋有兩個功能，在輸入是交流電源的時候，把交流整流成直流;在輸入是直流電源的時候，起極性轉(zhuǎn)換作用，無論輸入電源的極性如何，都能保證電路正常工作。

CIN是濾波電容，把脈沖直流變換成平滑的直流。 RS是取樣電阻，它決定恒流源的絕對精度。 L是整流電感，把100KHz的脈沖電流變換成三角波電流，L的電感量會影響工作電壓范圍內(nèi)恒流源的穩(wěn)定性。

D5是續(xù)流二極管，在晶片內(nèi)部MOS管處于截止?fàn)顟B(tài)時為儲存在電感中的電流提供放電回路。由于工作在高頻脈沖狀態(tài)，D5應(yīng)選用正向壓降小，恢復(fù)速度快的肖特基二極體。

芯片的DIM端可外接PWM脈沖或直流電壓調(diào)光，也可以接熱敏電阻作輔助溫度控制和自動亮度控制。如果不用這些功能，DIM端懸空。

2. LED日光燈明暗不均如何解決?

網(wǎng)友提問： 23串12并，恒流電源，線路板上有明顯的明暗不均現(xiàn)象，測得電壓在3.02-3.08之間，單顆燈試,3.1v時暗區(qū)的電流為10-15ma 亮區(qū)在20ma左右 ，請教這是怎么回事?

專家回復(fù)：可能是PCB布線不好，活著鋁基PCB板有漏電，可用分段割斷的方法來尋找，只是比較費(fèi)時罷了。0.06W的LED光源，理論工作電流是20mA，一般做燈具為防LED早衰，可設(shè)計在15-18mA。

3. PWM恒流LED驅(qū)動芯片設(shè)計日光燈電源問題

網(wǎng)友提問：最近在用一款PWM恒流LED驅(qū)動芯片做日光燈電源, 出現(xiàn)以下問題:

a, 恒流源不恒流,在輸入80V-250V電壓變化過程中,電流先增大,后減小,且變化范圍比較大,電感換過很多個(電感都是自制,從500uH-3mH),問題依舊

b,使用的MOS管是5N5001,測試DS兩端電壓,在輸入150V左右時,數(shù)字萬用表開始亂跳.

專家回復(fù)：

a. PWM LED驅(qū)動IC組成的LED日光燈電源方案在Vin小范圍變化時,對于固定負(fù)載是恒流的。當(dāng)Vin大幅度變化時它需要有一個響應(yīng)時間，當(dāng)線路設(shè)計不好或PCB板設(shè)計不好時，應(yīng)當(dāng)在Vin變化時，Iout也會有一定的變化。

b. 用數(shù)字萬用表測試DS電壓是不合理的,如果想看該電壓該用示波器看。

4. LED閃爍問題

網(wǎng)友提問：驅(qū)動鹵素?zé)舻臅r候降低電壓，鹵素?zé)袅炼冉档停瑳]其他變化。驅(qū)動LED時降低電壓，LED在一定程度上會發(fā)生閃爍。為什么呢?

專家回復(fù)：鹵素?zé)羰羌冸娮柝?fù)載，因此鹵素?zé)綦娮幼儔浩髋c其配合能很好的工作。而LED燈具是容性阻抗+感性阻抗的負(fù)載，鹵素?zé)綦娮幼儔浩鹘邮躄ED燈負(fù)載時它輸出的能力會大大下降，表現(xiàn)為輸出電壓由12V驟降至7V，如是8V啟動的驅(qū)動IC即進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)，此時鹵素?zé)綦娮幼儔浩鬏敵鲭妷河稚?2V，如此周而復(fù)始，使你見到LED燈在閃爍。解決方案是選用啟動電壓低于6V的驅(qū)動IC。

5. 水下燈應(yīng)該如何設(shè)計?

網(wǎng)友提問：水下燈應(yīng)該如何設(shè)計?有哪些問題要注意?LED燈珠炸是不是由沖擊電流造成的?如何解決?

專家回復(fù)：從安全的角度來說,水下燈要求采用低壓隔離供電，盡可能使用國際通用的AC 36V以下電源，因此AC24V、AC12V都是可選用的標(biāo)準(zhǔn)電源。

長距離送電會造成電壓下降，可增加銅線直徑來補(bǔ)償。此外， AC在線間傳輸比DC在線間傳輸損耗要小。

水底燈大多采用AC24V安全電源，因此完全可以選用Vin=6-30V、Iout=1.2A，系統(tǒng)應(yīng)用零部件很少的PT4115來做驅(qū)動電源，它用四個肖特基二極管做整流橋，一個濾波儲能電容器、一個輸出電流設(shè)定電阻、一個續(xù)流肖特基二極管和一個續(xù)流電感器。

電網(wǎng)載荷瞬時突變會引起電流浪涌，可在電路上加保護(hù)器件來有效抑制。早期的9910IC都有“炸燈珠”毛病，需要靠應(yīng)用電路來改進(jìn)。

6. LED亮度不均問題

網(wǎng)友提問：要做一款60W功率LED太陽能路燈,用兩個12V的電池組串聯(lián)儲存太陽能(單個電池組放電電壓在10.8-15V左右),路燈的供電電壓在21.6-30V之間. 計劃采用用2個分別可以驅(qū)動30W的驅(qū)動單元，采用兩個6串5并的方式.驅(qū)動器選擇可PWM調(diào)光的BUCK芯片.但是實際出現(xiàn)LED亮度不均問題，該問題怎么解決?

專家回復(fù)：這是一個很典型的錯誤設(shè)計。Buck電路僅僅在LED串的正向電壓低于電池電壓時才能采用，而且必須要預(yù)留一定的電壓富余量，否則即便Buck進(jìn)入100%占空比狀態(tài)也不能得到設(shè)定的電流。

其他建議者建議使用某種品牌的器件，可是我們知道架構(gòu)的選擇和品牌是沒有關(guān)系的，這就像物理學(xué)的基本定律的正確與否與其提出者的國籍沒有關(guān)系一樣。

此設(shè)計的正確選擇是采用Buck-Boost架構(gòu)。Buck-Boost架構(gòu)的最佳應(yīng)用條件是輸出電壓在輸入電壓的變化范圍之內(nèi)，但超出范圍以外時也一樣可用，可以稱為全能型架構(gòu)。

關(guān)于中國LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失的探討總結(jié)

話題：深圳42家LED產(chǎn)學(xué)研重點(diǎn)單位共同簽署標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟協(xié)議，標(biāo)志著深圳LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工作啟動。然而有人懷疑，因為中國在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上僅有一個成功案例(TD-SCDMA)，其它都在集團(tuán)利益斗爭中夭折或成為怪胎。圍繞這個話題，我們展開下對LED技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的討論，行業(yè)希望產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟做些什么?它能做到什么?

網(wǎng)友觀點(diǎn)總結(jié)：

對于LED標(biāo)準(zhǔn)對行業(yè)的影響，行業(yè)人士都持積極態(tài)度，一位LED專家認(rèn)為，這是一個非常積極的舉措。目前LED產(chǎn)業(yè)處于“春秋戰(zhàn)國”時代，無標(biāo)準(zhǔn)的雜亂低級競爭對LED的發(fā)展是非常不利的。深圳市政府高屋建瓴，簽署標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟協(xié)議，對促進(jìn)LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺和占領(lǐng)市場先機(jī)有著里程碑式的戰(zhàn)略意義!另一位LED行業(yè)人士也表示：沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將導(dǎo)致整個產(chǎn)業(yè)良莠不齊，質(zhì)量低劣的產(chǎn)品會使整個社會對LED照明產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生不信任，給產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來致命損害。

LED標(biāo)準(zhǔn)由誰來制定

網(wǎng)友ezcui認(rèn)為，這一事件表明了民間要求統(tǒng)一LED標(biāo)準(zhǔn)的迫切愿望，能有效鞭策有關(guān)部門加快國家標(biāo)準(zhǔn)的制定出臺日程表。網(wǎng)友水手認(rèn)為這一舉措重在象征意義，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)由國家出面制定，要把全國的技術(shù)資源和市場資源集中起來，才有可能成功實施。網(wǎng)友Microsoft甚至說，小打小鬧，今天訂個標(biāo)準(zhǔn)，明天就被國標(biāo)推翻。對此觀點(diǎn)，不少網(wǎng)友持反對態(tài)度，網(wǎng)友簡單點(diǎn)說，深圳LED企業(yè)數(shù)量占全國40%，年產(chǎn)值占全國60%以上，在此基礎(chǔ)上制定標(biāo)準(zhǔn)對行業(yè)發(fā)揮有好處是肯定的。網(wǎng)友空中堡壘說，深圳的標(biāo)準(zhǔn)如果成功的的引導(dǎo)了LED企業(yè)的話，那么他也許會從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升到國家標(biāo)準(zhǔn)。

對此觀點(diǎn)，不少網(wǎng)友持反對態(tài)度，網(wǎng)友簡單點(diǎn)說，深圳LED企業(yè)數(shù)量占全國40%，年產(chǎn)值占全國60%以上，在此基礎(chǔ)上制定標(biāo)準(zhǔn)對行業(yè)發(fā)揮有好處是肯定的。網(wǎng)友空中堡壘說，深圳的標(biāo)準(zhǔn)如果成功的的引導(dǎo)了LED企業(yè)的話，那么他也許會從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升到國家標(biāo)準(zhǔn)。

中國LED技術(shù)實力薄弱，制定標(biāo)準(zhǔn)是否有意義

網(wǎng)友Helen認(rèn)為，我國的LED產(chǎn)業(yè)在核心即關(guān)鍵技術(shù)上輸給了國際大企業(yè)，對于本身就處于行業(yè)下游的中國企業(yè)來講，無論是深圳還是全中國，在不利的競爭中，強(qiáng)行制定自己的“LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”意義不大。網(wǎng)友fdqx說，標(biāo)準(zhǔn)的制定最常見的有兩類，一是有國家強(qiáng)制推行，另一則是由有實力的公司組成聯(lián)盟并且推出實用暢銷的相關(guān)產(chǎn)品。現(xiàn)在的實際情況兩者都不是。

網(wǎng)友一會兒則指出，目前，國內(nèi)沒有LED核心專利和技術(shù)，成立聯(lián)盟可以讓引導(dǎo)行業(yè)積極發(fā)展LED專利技術(shù)，及時應(yīng)對專利風(fēng)險，另外，目前主要的LED技術(shù)將從2010年開始組建解除，中國成立LED產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，制定LED標(biāo)準(zhǔn)更有利于把握發(fā)展機(jī)遇。

標(biāo)準(zhǔn)如何制定

再一個討論的熱點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)如何制定，網(wǎng)友可樂認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)要適時制定才能更好的促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，另外，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是凈化行業(yè)的一桿標(biāo)尺，杜絕行業(yè)的良莠不齊、無序競爭等現(xiàn)象的，提升大多數(shù)企業(yè)的自主創(chuàng)新的能力。但最終結(jié)果還要看各企業(yè)利益的協(xié)調(diào)結(jié)果。

網(wǎng)友中華英雄則為大家分析韓國率先制定LED照明標(biāo)準(zhǔn)，意圖使其成為國際標(biāo)準(zhǔn)的過程，提出一些中國要借鑒的經(jīng)驗，主要包括，如何協(xié)調(diào)行業(yè)各方利益，如何保障行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的順利實施。