LED照明灯存在的问题和解决办法Word格式文档下载.docx

1、所以控制过电流即可，这为电路的简化提供依据。三、解决问题的方法：如果用WHPTC过流保护器作保护，从原理可知，当电路的电流超过规定值时会讯速的自动保护，在排除故障后又自动复位，无需人工更换。对LED而言，电压的变化不是LED损坏的直接原因，而电流的增大才是LED的真正杀手。利用这个特性，在LED的电路保护上具有绝对的优势，让简易电源供电变为现实。实践证明，在LED电路出现故障以前就有效保护了。如下图可见，因有了WHPTC可省去恒流、恒压电路，。器件成本、生产成本、服务成本都大大降低。也大大增加了产品的市场竞争力。四、型号选择：可选择WH6-XXX 到 WH250-XXX 的 20mA-到-15

2、A 中的所需型号。对LED进行无损保护，延长寿命。例如：WH250-020 用在220V、20mA的LED电路中，当电流超过40mA时，WHPTC在20秒左右保护。专家指点：WHPTC保护时，其续电流使LED继续点亮，只是光暗而不是熄灭，这是其它保护电路不具备的优点，如果是干扰电流或电压导致保护，则干扰过去后，LED自动恢复正常点亮，而不需要人工更换或维修。五、WHPTC系列产品可用于下列的照明、装饰、景观等灯具的电路保护：各种LED日光灯、球泡灯、杯灯、吸顶灯、路桥灯、交通灯、隧道灯、护栏灯、空中探照灯、激光灯、投光灯、庭院灯、地埋、水底灯、墙角灯、地脚灯、幕墙灯、盒灯、迪吧灯、酒吧灯、地砖

3、灯、广场灯、节日灯、工艺灯、线条灯、气车灯等LED灯。大功率LED技术的进步也使得设计阶段的散热考虑变得越来越重要。为了避免LED的加速老化，或者最坏情况的完全报废，LED本身不能过热。一旦大功率LED的发热效率高于发光效率，输入功率产生热而不发光的比例就非常高。所以，在设计阶段就必须考虑采用良好的散热来保证LED工作可靠，并且允许它在更高的环境温度下也能够工作。而在选择LED驱动电路时，则必须考虑器件的散热。确保LED芯片不致过热的一个重要指标就是正向电流。在实际使用中，经常将工作电流设置在一个很低的水平，以确保即使在很高的环境温度下 LED也不至于过热。然而，如果LED的工作电流与温度不相

4、关，就会带来一个很大的问题：当温度过高时，LED的工作条件就超出了其规范的要求。此外，在 很低的温度下，供给LED的电流会极大地低于最大允许电流。LED驱动电路中的热敏电阻因此，人们希望控制LED的驱动电流并使之降低LED额定工作条件。某些价格昂贵的LED驱动IC可以实现这种功 能，它采用内部或外部的温度传感器来感知温度并进行反馈控制。而我们则希望通过在LED驱动电路中采用PTC热敏电阻来提供一种简单的方法。它具有如下优点。 在室温的情况下，正向电流是增加的。 由于减少了LED的数量，所以成本可以降低。此外，可以采用价格低廉的驱动IC，或者甚至也可以采用不具有集成温度管理功能的驱动电路。 可以

5、设计一个不需要IC控制，但仍能够根据环境温度调整LED工作电流的电路。 也可以采用低成本的LED，只是需要降低额定工作条件和提供更小的安全裕量。 如果增加过热保护功能，LED的可靠性会得到提高。 在散热方面也可以采用散热器（片）等方法。使用WHPTC前后的拓扑结构比较图浅谈LED产品老化 我们在应用LED时经常会出现这样种问题，LED焊在产品上刚开始的时候是正常工作的，但点亮一段时间以后就会出现暗光、闪动、故障、间断亮等现象，给产品带来严重的损害。引起这种现象的原因大致有：1应用产品时，焊接制程有问题，例如焊接温度过高焊接时间过长，没有做好防静电工作等，这些问题95以上是封装过程造成。2LED

6、本身质量或生产制程造成。 预防方法有：1.做好焊接制程的控制。2.对产品进行老化测试。老化是电子产品可靠性的重要保证，是产品生产的最后必不可少的一步。LED产品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能稳定。LED老化测试在产品质量控制是一个非常重要的环节，但在很多时候往往被忽视，无法进行正确有效的老化。LED老化测试是根据产品的故障率曲线即浴盆曲线的特征而采取的对策，以此来提高产品的可靠性，但这种方法并不是必需的，毕竟老化测试是以牺牲单颗LED产品的寿命为代价的。LED老化方式包括恒流老化及恒压老化。恒流源是指电流在任何时间都恒定不变的。有频率的问题，就不是恒流了。那是交流或脉动电流。交流

7、或脉动电流源可以设计成有效值恒定不变，但这种电源无法称做恒流源。恒流老化是最符合LED电流工作特征，是最科学的LED老化方式；过电流冲击老化也是厂家最新采用的一种老化手段，通过使用频率可调，电流可调的恒流源进行此类老化，以期在短时间内判断LED的质量预期寿命，并且可挑出很多常规老化无法挑出的隐患LED。 有效防止高温失灵-PTC热敏电阻用作LED限流器 近年来，发光二极管（简称LED）的发展已取得巨大进步：已从纯粹用作指示灯发展为光输出达100流明以上的大功率LED。不久之后，LED照明的成本将降至与传统冷阴极荧光灯（简称CCFL）类似的水平。这使得人们对LED的下述应用兴趣日浓： 汽车照明灯

8、、建筑物内外的LED光源、以及笔记本电脑或电视机LCD屏的背光。 大功率LED技术的发展提高了设计阶段对散热的要求。就像所有其它半导体一样，LED不能过热，以免加速输出的减弱，或者导致最坏状况：完全失效。与白炽灯相比，虽然大功率LED具有更高效率，但是输入功率中相当大的一部分仍变成热能而非光能。因而，可靠的运作就需要良好的散热，并要求在设计阶段就考虑高温环境。 设计LED驱动电路尺寸时，也必须考虑温度因素：必须选择其正向电流，以确保即使环境温度达到最高值，LED芯片也不会过热。随着温度的升高，就需要通过降低最高容许电流，即降低额定值，来实现降温。LED制造商把降额曲线纳入其产品规格中。有关此类

9、曲线，参见图1。图1 LED降频曲线利用无温度依赖性的电源运行LED存在弊端：在高温区域内，LED则超出规格范围运行。此外，当处于低温区域时，照明源就由明显低于最大容许电流（参见图1红色曲线）的电流供电。如图1的绿色曲线所示，通过LED驱动电路中的正温度系数热敏电阻（简称PTC热敏电阻）来控制LED电流是一个重大改进。这至少可以带来下列好处：*在室温下增加正向电流，从而增加光输出*因为可以减少LED使用量，所以可以使用价格较低的驱动集成电路（简称IC）乃至一个不带温度管理的驱动电路来节约成本*实现无需IC控制的驱动电路设计，此电路亦可使LED电流随温度改变*能够使用较便宜减额值较高安全裕量较小

10、的LED*过热保护功能提高了可靠性*带散热片的热机械设计更为简单大多数LED用驱动电路形式具有一个共同点：即流经LED的正向电流是通过固定电阻进行设置（参见图2）。一般说来，流经LED ILED的电流取决于Rout，即ILED 1/Rout。由于Rout不随温度而变，因此LED电流也不受温度影响。将固定电阻换成随温度变化的电路，即可实现对LED电流的温度管理。下列图表阐明了如何使用PTC热敏电阻来改善标准电路。示例1：有反馈回路的恒流源图2中电路1为常用的驱动电路。其恒流源包括一条反馈回路。当调节电阻两端的反馈电压达到因IC而异的VFB时，LED电流就不变了。LED电流因而被稳定在ILED=V

11、FB/Rout。图2 LED的传统驱动方式图3所示为上一电路改良型：此电路借由PTC热敏电阻，生成随温度变化的LED电流。通过正确选择PTC热敏电阻、Rseries以及Rparallel，此电路与专用驱动IC和LED组合相匹配。其中，LED电流可经由下列方程式计算得出：图3所示电路阐明了LED电流（参见图3）的温度依赖性。与针对最高运行温度为60度的恒流源相比较，使用PTC热敏电阻后LED电流可在0度和40度之间提升达40%，并且LED亮度也能提高同等百分比。 图3 采用PTC热敏电阻的温度监测和电流降频示例2：调节电阻与LED无串联的恒流源图2所示电路2为另一常见的恒流源电路：电流通过连接驱

12、动IC的电阻得以确定。然而在这种情况下，调节电阻并未与LED串联。Rset和ILED之间的比率由IC规格明确。因此，运用20kW的串联电阻和TLE4241G型驱动IC，最终产生的LED电流为30mA。图4所示为标准电路改良型，其中也含有一个PTC热敏电阻，尽管此处采用WHPTC热敏电阻。在感测温度，元件电阻可达4.7kW，且容许误差值为5（标准系列）或3（容许误差值精确系列）。图4所示为随外界温度而变化的LED电流。固定电阻Rseries容许误差范围小，在低温时支配总电阻。只有在低于PTC热敏电阻的感测温度大约15 K时，由于PTC热敏电阻的阻值开始增加，电流才会开始下降。在感测温度（总电阻=

13、Rseries+RPTC=19.5kW+4.7kW=24.2kW）时的电流大约为23mA。PTC电阻在温度更高时急剧上升，迅速引发断路，从而避免因温度过高出现故障。图4 无分流测量之温度记录 示例3：无IC简单驱动电路如图2所示电路3，LED也可在无驱动IC的情况下工作。图示电路是通过车用电池驱动单一200mA LED。稳压器生成5 V的稳定电源电压Vstab，以避免电源电压出现波动。LED在Vstab处运作，电流则通过与LED串联的电阻元件Rout决定。在这类电路中，通过下一则等式可算出独立于温度的正向电流，在此等式中，VDiode是一个LED的正向电压：另一做法是将WHPTC的径向引线式P

14、TC热敏电阻以及两个固定电阻相组合后，替代上述固定电阻，如图所示。由于LED电流的绝大部分流经PTC热敏电阻本身，因此需要选择一个较大的径向引线式元件。PTC将因为流经电阻本身的电流而导致发热，因此会一直减少电流，无论环境温度为何（如图5所示）。并联两个或更多片式PTC热敏电阻会将电流分流，但此方案仍存在局限性。图5 无需IC的温度补偿驱动电路电流值主要是通过适当选择两个固定电阻来设置的。这两个电阻也在改进电路方面也起到重要作用，因为它们将产生的LED正向电流的允差保持在较低水平。这在正常工作温度范围内尤其重要，因为此时PTC热敏电阻本身的阻值允差仍较高。第二个并联固定电阻也能确保PTC不会在

15、极端高温情况下彻底关闭LED，因此，电流不会降至低于下列等式计算的所得值：这项性能在例如汽车电子这样的应用中极其重要，因为安全要求不允许照明灯彻底关闭。背景资料：LED的温度依赖性像所有半导体一样，LED的最高容许结点温度不能超过，以免导致过早老化或者完全失效。如果结点温度要保持在临界值以下，那么外界温度升高时，最高容许正向电流则必须下降。不过，如果运用散热器，在特定的外界温度时正向电流可以增加。LED的光输出随着芯片结点温度的升高而下降。上述情况主要发生在红色和黄色LED，白色LED则与温度关系较小。光照效率和正向电流保持同步增长，不过，安装在结层和环境之间的LED所具备的高热阻率可以降低乃

16、至逆转这种作用，这是因为随着结点温度的上升，发射光会降低。此外，当结点温度上升且LED正向电压与温度保持同步增长时，发射光的主波长会以+0.1 nm / K的典型速率增长。 各种白光LED驱动电路特性评比 1996年，日亚化学的中村氏发现蓝光LED之后，白光LED就被视为照明光源最具发展潜力的组件，因此，有关白光LED性能的改善与商品化应用，立即成为各国研究的焦点。目前,白光LED已经分别应用于公共场所的步道灯、汽车照明、交通号志、可携式电子产品、液晶显示器等领域。由于白光LED还具备丰富的三原色色温与高发光效率的特性，一般认为非常适用于液晶显示器的背光照明光源，因此，各厂商陆续推出白光LED

17、专用驱动电路与相关组件。鉴于此，本文就LED专用驱动电路的特性与今后的发展动向进行简单阐述。 1 定电流驱动的理由1.1 白光LED的光度以顺向电流规范白光LED的顺向电压通常被规范成20mA时，最小为3.0V，最大为4.0V，也就是若单纯施加一定的顺向电压时，顺向电流会作大范围的变化。图1是从A、B两家LED企业的产品中随机取三种白光LED样品进行顺向电压与顺向电流特性检测的结果。根据检测结果显示，若利用3.4V顺向电压驱动上述六种白光LED时，顺向电流会在1044mA范围内大幅变动。表1为白光LED的电气与光学特性。由于白光LED的光度与色度是以定电流方式量测的，所以，为获得预期的亮度与色

18、度，通常是用定电流驱动。表2为光学坐标的等级（rank）（IF=25mA，Ta=250C）。1.2 避免顺向电流超越容许电流值为确保白光LED的可靠性，基本上就是需要设法避免顺向电流超过白光LED的绝对最大设计值（定格值）。图2中，白光LED的定格最大顺向电流为30mA，随着周围温度的上升，容许顺向电流则持续衰减，如果周围温度为50，通常顺向电流就不能超过20mA。此外，利用定电压的驱动方式不易控制流入LED的电流值，因此就无法维持LED的可靠性。2 白光LED的驱动方法图3是驱动白光LED常用的四种电源电路；图4是上述六种随机取样白光LED稳定后的ReguLation精度特性。图4的测试结果

19、显示，ReguLator的负载特性出现在白光LED的VF角落上，即图中的交叉点就是各白光LED的稳定动作点。2.1 使用电压ReguLator的驱动方式图3（a）的电路分别使用可以控制LED电流的电压ReguLator与BaLLast电阻，这种电路的优点是电压ReguLator种类丰富，设计者可以选择的自由度较大，而且与电压ReguLator、LED的接点只有一点；缺点是BaLLast造成的电力损失会导致效率恶化。此外，LED的顺向电流也无法获得精密控制。图4（a）中可以看出，随机取样六个白光LED的顺向电流，从14.2mA到18.4mA分布范围非常广，因此，A厂商LED的（平均值）顺向电流高

20、达2.0mA。相比之下，图4（b）电路使用的ReguLator虽然有小型、低成本的优点，缺点是可能会无法满足性能与可靠性的要求，也就是说本电路的实用性相对较弱。2.2 使用定电流输出的电压ReguLator驱动方式图3（b）的电路虽然可以使流入LED的所有电流稳定化，不过为了匹配（Matching）各LED的电气特性，电路中特别设置了一组BaLLast电阻。图3（b）中的MAX1910属于定电流输出型的电压ReguLator，虽然本电路使用同厂商、同批号（Lot）的白光LED，获得了极佳的匹配性，不过，在使用不同厂商与批号的LED时，就会出现很大的特性差异分布。本电流Regu-Lator使用类

21、似图3（a）的方式控制驱动电流，不过它却可以使BaLLast电阻的消费电力降低一半左右。图4（b）的测试结果显示，流入六个随机取样白光LED的电流，从15.4mA到19.6mA，变化范围非常大。因此，A厂商与B厂商两者的LED是以平均17.5mA的电流驱动。此电路的缺点是BaLLast电阻造成的电力损失有残留之虞，而且又无法获得LED电流的匹配性；不过整体而言，本电路兼具动作特性与简洁性，所以具有相当程度的使用价值。2.3 使用输出型的MuLtiPuLL电流Regu-Lator的驱动方式图3（c）的电路可以使流入LED的电流各自稳定化，因此不需要使用BaLLast电阻，电流的精度与匹配性Reg

22、uLator则由各自的电流ReguLator支配。图3（c）中的MAX1570IC可以使上述电流ReguLation达成2标准的电流精度，与0.3标准的电流匹配性等目标。由MAX1570IC构成的电流ReguLator为低DropOutType，因此它的动作效率非常高。图4（c）的测试结果显示，使用图3（c）的驱动电路时，流入六个随机取样白光LED稳定化的电流为17.5mA。虽然ReguLator与LED之间需要四个连接端子，不过此电路不需要BaLLast电阻，所以可以有效抑制封装面积，因此非常适合应用在封装空间极为狭窄的小型液晶面板等领域。2.4 使用升压型电流ReguLator驱动的方式图

23、3（d）的电路是利用可以使电流稳定化的电感（Inductor），构成所谓的高效率StepUpConverter。本电路的最大特点是FeedBackThreshoLd电压，可以减少电流检测用电阻的电力损失。此外，LED采用串联方式连接，所以流入白光LED的电流即使是在各种要求下，都能够与LED完全取得匹配。 有关电流的精度基本上取决于Regu-Lator的FeedBackThreshoLd精度，因此不会受到LED顺向电压的影响。由MAX1848与MAX1561IC构成的电流ReguLator的效率（PLED/PIN）分别是：三个LEDMAX1848，87；六个LEDMAX-1561， 84。St

24、epUpConverter的另一优点是Regu-Lator与LED之间需要两个连接端子，而且LED的使用数量不会受到StepUpConverter种类的影响，这意味着设计者会拥有更大的选择空间。因此，StepUpConverter广泛应用在各种尺寸的液晶面板；电路的缺点是电感外形高度、组件成本偏高，有EMI辐射干扰。3结束语以上介绍了白光LED常用的驱动电路，并通过实验方式深入探讨了各电路实际运行时的优缺点和特性。由于LED结构的限制，因此会有波长与驱动电流精度不易控制等困扰，随着白光LED背光模块应用需求的不断增加，如何改善上述波长与电流精度问题，同时降低驱动电路的制作成本，成为必须克服的问题。