LED恒流源设计.docx

LED恒流源设计.docx

《LED恒流源设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED恒流源设计.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

LED恒流源设计

LED恒流源设计

使用本方案交流、直流电源均可,本方案不能解决供电电压变化引起的LED电流变化,仅对电源电压比较恒定的情况下有效,电压波动范围不能超过10%。

如果电压波动超过10%应采取相应的稳压措施。

比如220Vac（200Vac~240Vac,（交流电源只需要整流,不需要滤波直流电电源4.5Vdc（4.0~5.0Vdc,超过这个电压波动范围,要采用稳压措施。

与一般LED恒流源相比,该标准单元有不怕负载开路的优点,也不怕负载短路,当短接5个LED后,回路电流急剧上升,引起WMZD温升,WMZD阻值迅速增大,可有效阻止电流继续上升。

经过反复实验后发现,负载短路后,短路电流可由130mA迅速下降到60mA的稳定值,如在电源的允许范围内,不会损坏电源。

一、什么是LED?

LED（LightEmittingDiode,又称发光二极管,它们利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合,放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。

二、LED有哪些优点?

★高效节能一千小时仅耗几度电（普通60W白炽灯十七小时耗1度电,普通10W节能灯一百小时耗1度电

★超长寿命半导体芯片发光,无灯丝,无玻璃泡,不怕震动,不易破碎,使用寿命可达五万小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时,普通节能灯使用寿命也只有八千小时

★光线健康光线中不含紫外线和红外线,不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线

和红外线

★绿色环保不含汞和氙等有害元素,利于回收和利用,而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素,节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰

★保护视力直流驱动,无频闪（普通灯都是交流驱动,就必然产生频闪

★光效率高,发热小:

90%的电能转化为可见光（普通白炽灯80%的电能转化为热能,仅有20%电能转化为光能

★安全系数高所需电压、电流较小,发热较小,不产生安全隐患,可用于矿场等危险场所

★市场潜力大低压、直流供电,电池、太阳能供电即可,可用于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。

三、权威预测半导体照明将在未来5-10年内取代现有传统光源。

"未来白光LED将更加便宜,市场总体容量将快速增长。

"许志鹏乐观地指出,据美国能源部预测,2010年前后,美国将有55%的白炽灯和荧光灯被LED替代,可能形成一个500亿美元的大产业。

而日本提出,LED将在今年大规模替代传统白炽灯。

日、美、欧、韩等国均已正式启动LED照明战略计划。

美国能源部预测,到2010年前后,美国将有55%的白炽灯和荧光灯将被嵌在芯片上的发光体---半导体灯替代。

日本计划到2008年用这种半导体灯替代50%的传统照明灯具。

科学家测量发现,在同样亮度下,LED的电能消耗仅为白炽灯的1/10,寿命则是白炽灯的100倍。

由于LED具有节能、环保、寿命长、体积小等优点,专家们称其为人类照明史上继白炽灯和荧光灯之后的又一次飞跃。

根据美国能源部（DOE的预计,传统照明器件的彻底更新换代将在2010年开始启动,然而许多LED供应商都希望将这个启动时间再提前一到两年。

四、继澳大利亚欧盟欲让白炽灯两年内"下课"2007-3-162007年3月9日,在英国伦敦街头,成串的彩灯闪烁。

刚刚结束的欧盟首脑会议通过了一系列旨在提高能效的措施。

9日结束的欧盟春季首脑会议已经达成协议,两年内欧洲各国将逐步用节能荧光灯取代能耗高的老式白炽灯泡,以减少温室气体排放。

在这之前,澳大利亚已率先通过停止使用白炽光灯泡法令。

五、LED照明产值将超千亿美元同方正发力同方股份副总裁兼董秘孙岷近日向记者透露,公司的高亮度LED照明项目已基本实现产业化,目前已经有20条生产线投产,其产业化技术达到世界先进水平,规划2008年年底生产线将达到50条,形成绿色照明的规模化效应。

预计我国2008年应用市场规模将达540亿元,到2010年,中国半导体照明及相关产业产值将超过1000亿美元的规模,其中高亮度芯片国内增长率将高达100%。

六、首尔半导体期望能取得全球照明市场之中1,000亿美元的份额。

韩国首尔半导体公司现正计划用LED取代传统的照明灯,目前Acriche60流明/瓦特的亮度在2007年第四季提升五成至80流明/瓦特,而每一模组为250流明;在2008年第四季达至120流明/瓦特,而每一模组为400流明,期望能取得全球照明市场之中1,000亿美元的份额。

七、澳大利亚与新西兰将率先停止使用白炽光灯泡澳大利亚政府最近宣布,为

了减少温室气体的排放量,澳大利亚将禁止除医疗用以外的白炽灯的使用。

据此,到2012年时澳大利亚将减少400万吨温室气体的排放。

而据2007年2月21日《TheDominionPost》报道,新西兰能源部长DavidParker建议参照澳大利亚的做法,新西兰也应在未来两到三年内禁止使用普通白炽光灯泡,用节能环保的荧光灯泡（FlorescentEcoBulb取代。

澳大利亚环境部长MalcolmTurnbull说,澳大利亚2010年将推行新的民用照明标准,通过新标准的实施,2012年可减少温室气体排放400万吨。

据悉,这种新型荧光灯泡主要从中国进口。

八、为什么首选楼道灯来应用LED1,目前比较而言,LED的售价还较高,楼道灯是共用设施,共同承担大家就能接受。

2,楼道灯现在普遍是使用白炽灯,若换用LED灯,节电的效果就特别明显。

3,楼道灯在白天是熄灭的。

晚上就频繁的启动或关断。

不要说是节能灯,就是白

炽灯都会很快的玩完。

但是LED灯却是不怕,因为它的发光机理与白炽灯和节能灯都不同,就恰恰非常的适应在高速的开关工作状态,绝对不会因为是这个原因而损坏。

4,LED灯的寿命很长,就免除了楼道灯经常需要维修的尴尬状况。

5,楼道灯是物业交电费,投入是一次性的,节约80%的电费是长期的,物业部门最合算。

九、LED灯能直接替换现在的楼道灯吗?

不能。

由于现在大家使用的楼道灯是白炽灯,根本就无法用LED灯或节能灯去替换,所以如果要换用LED灯就必须也要同时换用声光控开关。

现在有专用的一体化的LED声光控楼道灯,直接就使用220V的市电,非常方便使用。

我们将强烈建议楼道灯的使用电压用直流的24V,其好处和原因我们会另文介绍。

随着技术发展和成本的降低,LED灯取代节能灯也就成为必然的了。

十、LED驱动电源的分类及特性1、按驱动方式可分为两大类:

（1恒流式:

a、恒流驱动电路输出的电流是恒定的,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,负载阻值小,输出电压就低,负载阻值越大,输出电压也就越高;

b、恒流电路不怕负载短路,但严禁负载完全开路。

c、恒流驱动电路驱动LED是较为理想的,但相对而言价格较高。

d、应注意所使用最大承受电流及电压值,它限制了LED的使用数量;

（2稳压式:

a、当稳压电路中的各项参数确定以后,输出的电压是固定的,而输出的电流却随着负载的增减而变化;

b、稳压电路不怕负载开路,但严禁负载完全短路。

c、以稳压驱动电路驱动LED,每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均;

d、亮度会受整流而来的电压变化影响。

2、按电路结构方式分类

（1电阻、电容降压方式:

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。

易受电网电压波动的影响,电源效率低、可靠性低。

（2电阻降压方式:

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,降压电阻要消耗很大部分的能量,所以这种供电方式电源效率很低,而且系统的可靠也较低。

（3常规变压器降压方式:

电源体积小、重量偏重、电源效率也很低、一般只有45%~60%,所以一般很少用,可靠性不高。

（4电子变压器降压方式:

电源效率较低,电压范围也不宽,一般180~240V,波纹干扰大。

（5RCC降压方式开关电源:

稳压范围比较宽、电源效率比较高,一般可以做到70%~80%,应用也较广。

由于这种控制方式的振荡频率是不连续,开关频率不容易控制,负载电压波纹系数也比较大,异常负载适应性差。

（6PWM控制方式开关电源:

主要由四部分组成,输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。

PWM开关稳压的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件导通的脉冲宽度,使得开关电源的输出电压或电流稳定（即相应稳压电源或恒流电源。

电源效率极高,一般可以做到80%~90%,输出电压、电流稳定。

一般这种电路都有完善的保护措施,属高可靠性电源。

从以上介绍可以看出PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的LED电源。

目前珠海市南宇星电子公司生产的"金兴"牌LED开关电源就是PWM控制技术的开关电源,该类LED电源经用户使用反映效果很好。

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,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。

华巨公司解决方案LED发光二极管出现在上个世纪七十年代,仅有红、黄、绿三色,经过几十年科学术的发展、努力,LED白光管出现了,价格也正走近老百姓的口袋,将以节能、长寿、价廉的优势猛烈冲

击着统治了照明领域三个世纪的白织灯,LED灯进入千家万户的时代到了。

LED用于日常照明的众多优点,本文不再累述。

众所周知,PN结半导体器件正在向导通后,结电压VF随环境温度上升而下降,即:

-2mv/℃,称PN结的负温度效应,利用该特性可制成温度传感器,但该特性在发光应用上却是致命的缺陷,直接影响它的发光效率。

发光亮度、发光色度。

通俗举例,常温25℃时,选择LED最佳工作电流20mA,当环境温度升到85℃,结电压VF下降,工作电流急剧增加到35-37mA,见图一,电流曲线Ⅰ,温度下降至-40℃时,结电压VF上升,最佳工作电流将从20mA减小8-10mA.,发光亮度也随电流的减少而降低,达不到场所所需的照度。

为了避免上述不良现象,一般在LED的相关产品上,通常采用如下措施。

1、将LED装在散热板上,或风机风冷降温。

2、LED采用恒流源的供电方式,不因LED随温度上升引起电流增加,防止PN结恶性升温,或两种方法并用。

实践证明,用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯,确实是行之有效的措施。

但当LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了:

散热板,风冷能否集约在一个普通灯头的空间;采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路,它的寿命和可靠性不取决LED,而取决整个系统的某块“短板”;与.荧光节能灯相比,有没有吸引眼球的价格。

华巨电子另辟蹊径,采用具有正温度系数的热敏电阻与负温度特性的LED串联,组成一个温度系数极小电阻型负栽。

一旦工作电压确定后,串联回路中的电流,将不会随温度变化而变化,通俗地说,当LED随温度升高电流增加时,热敏电阻也随温度升高,电阻变大,阻止了回路电流上升,当LED随温度下降,电流减小时,热敏电阻也随温度下降电阻变小,阻止了回路电流的减少。

如匹配得当,当环境温度在-40℃~85℃范围内变化时,LED的最佳工作电流不会明显变化,见图一电流曲线Ⅱ。

（串入热敏电阻的电流曲线Ⅱ,与没有串入热敏电阻的电流曲线Ⅰ对照图从图一可以看到,采用热敏电阻温度补偿方法与集成电路等元件组成的恒流源相比,有着异曲同工之处,但最大的差异是用一种元件就解决了LED的恒流问题,其价格、体积、寿命等优势也不言而喻。

正温度热敏电阻WMZD,是南京华巨电子有限公司专为LED应用研制。

常用规格见表一.

一、WMZD-A20在20mA恒流源中和WMZD-A30在30mA恒流源中的应用原理

由一只WMZD-A20与五只LED（20mA串联组成一个标准单元,它的恒流电流20mA,工作电压U=VR+5×VF=3V+5×3.4V=20.0V.。

3V是WMZD-A20在25℃时的压降,3.4V是LED的正向导通电压VF（或2.8-4.2V。

当环境温度每升1℃时,5只串联的LEDVF下降2mV×5=10mV;5A20的压降升高10mV,保持了串联回路的总电流不变,它的恒流特性见图一电流曲线Ⅱ。

与一般恒流源相比它有不怕负载开路的优点,也不怕负载短路,当短接5个LED后,回路电流急剧上升,引起WMZD温升,WMZD阻值迅速增大,有效阻止电流继续上升,反复实验,负载短路后,短路电流由130mA迅速下降到60mA的稳定值,如在电源的额定范围内,不会损坏电源。

由多个5A20标准单元的串联组合,可获得相应的LED的数量,及工作电压,如用12个标准单元相串联的电路,可支持60个LED灯,工作电压可接近220V。

WMZD-A30应用方法与WMZD-A20的应用方法相同,只是WMZD-A30能够驱动电流更大的30mA的LED。

二、WMZD-B100在100mA恒流源中、WMZD-B300在300mA恒流源中、WMZD-B350在350mA恒流源中的应用原理

由一只WMZD-B100与五只并联的LED（20mA串联组成一个标准单元,它的恒流电流100mA,工作电压U=VR+VF=0.65V+3.4V=4.05V,0.65V是WMZD-B100电阻25℃时的压降,3.4V是LED的正向导

通电压（或2.8V-4.2V），当环境温度每升1℃，LEDVF下降2mV，5B100压降升高2mV，保持了串联回路内的总电流不变，它的恒流特性見图二,电流Ⅱ。

它有不怕负载短路的特点，反复实验，当短接5个LED后，短路电流由600mA迅速下降到280mA稳定值。

要增添LED的只数,可用多个5B100标准单元的并联组合,要提高工作电压,可用多个5B100标准单元的串联组合.如由3个5B100标准单元串联，可支持15个LED，工作电压U＝3×4.05V＝12.15V。

WMZD-B300与WMZ-B350与WMZD-B300与15只20mA的LED并联或者并联10只的30mA的LED。

C300的工作电压U=VR＋VF＝0.50V+VF，,B350的工作电压U=VR＋VF＝0.50V+VF，VF为LED的正向导通电压（或2.8V-4.2V）图2WMZDLED恒流源补偿热敏电阻为了满足要求可以串联使用，或者并联使用。

如下图所示。

WMZD的电流过补偿保护特性热敏电阻WMZD还具有电流过补偿特性，即热敏电阻的正温变化率大于发光管的负温效应成为过补偿，图3所示是一条随温度上升而减少的下陡曲线。

这一点与LED的另一典型特性是一致的，即允许电流在40℃后随温度上升相应减少，使LED的功耗控制在额定范围内，确保LED的最长寿命。

WMZD电流过补偿保护特性，正好可以满足LED对电流的要求，这也是一般的

LED恒流源不具备的。

过补偿保护应用在以下几处更显优势：

1.全年或每天环境

温差大，如室外照明的街灯、广告灯、车灯；2.低电压大电流LED灯（WMZD-B100具有低内阻、小压降）；3.价高的大功率LED单个保护。

WMZD过补偿保护特性的典型应用电路接法见图4，与标准单元串联一个相同型号的WMZD热敏电阻，即可发挥过补偿作用，如果增加2个或3个WMZD热敏电阻会加深补偿作用，但如果实偿太深，常温下LED电流地低，会影响发光效率。

我们可以通过实验，选出保护功能与发光效率兼顾的最佳方案。

下图为，采用2R和3R的电流温度对照图。