LED驅動方案技術比對分析

文章來源:恒光電器

發布時間: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和前者的主要區別是：前者是全部串聯，照明方案，后者是串并聯。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，按照串并聯要求鋪設連接各個LED的導線。

圖1 高壓LED(全部串聯)

 

圖2 高壓LED(串并聯)

本文所討論的線性高壓LED驅動方案，是較小電流(小于100mA)、較高電壓的LED驅動方案。

LED的負載特性如圖3所示，根據LED的負載特性，高壓LED需有一種可控恒流源來控制。經過整流的工頻交流電電壓，如將此電壓直接加到輸出LED上，就無法實現恒流，即整個工頻周期內通過LED電流不恒定：一、無法實現亮度的控制;二、LED燈珠壽命大大縮短。根據控制要求不同，主要的恒流控制方法有：開關電源驅動、阻容降壓驅動、恒流二極管以及線性高壓驅動。

二、技術路線“PK”

1、線性高壓驅動vs高頻開關電源驅動

在LED燈珠負載里串接MOSFET，讓MOSFET閉環受控于LED負載電流，工作在線性區，使線路產生“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低壓差線性穩壓器)的工作原理。簡單說來，這就是線性高壓驅動LED的工作原理。

高頻開關電源驅動是通過高頻開關、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，但可以靈活實現各種負載輸出需求。兩者應用場合不同，企業資訊，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：傳統阻容降壓方案和二極管驅動方案。

2、線性高壓驅動VS阻容降壓驅動VS二極管驅動

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，穩壓管VS的動態電阻為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。根據電工原理可知：以1uF、50Hz交流電為例，串聯電容容抗=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動LED，照明資質，但我們把恒流二極管用于LED驅動時必須注意選擇恰當的電流和耐壓。

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，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動源。其負載是80顆3014，LED照明企業，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。

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 阻容降壓驅動高壓LED示意

 

圖5 采用恒流二極管作為LED驅動電源

 

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