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大功率LED驱动电源的设计要素

2020-07-31 21:14:09 来源:爱帝资讯网
近几年,LED技术取得了突飞猛进的发展,在发光亮度和效率方面具有明显的提高,尤其是,更被寄以厚望,并逐步取代以往的光源,成为照明领域的新一代绿色光源。它具有光效高、低功耗、寿命长、稳定性高、光色纯、安全性好、可控性强等优点。   然而大功率LED所需的驱动电源为直流的低电压,所以传统上用以驱动灯泡、日光灯、节能灯、钠灯等光源的电源并不适合直接驱动大功率LED;而普通的降压、稳压电源必须重新改良后,才能适用于驱动大功率LED。   本文根据大功率LED的工作特性,对市场上常见的驱动电源进行分析;提出了在路灯照明领域的应用中,为了能更好的发挥大功率LED的优点,驱动电源必须满足恒流输出、散热、效率、功率因素、过压过流过温保护等多个设计要素。   一、大功率LED的工作特性   由于大功率LED的光特性通常都描述为电流的函数,而不是电压的函数。加上LED生产工艺和温度的不同,大功率LED的正向压降变化范围会出现比较大的波动,而由上图中的VF-IF曲线可知,VF的微小变化会引起较大的IF变化;其LED发光的强度由流过LED的电流决定,电流过强会引起LED的衰减,电流过弱会影响LED的发光强度。所以,采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性,并且影响LED的可靠性和寿命。因此,大功率的LED通常采用恒流源驱动,以保证大功率LED使用的安全性,同时达到理想的发光强度。   二、恒电压源模式   2.1、工频变压器线性稳压源   2.1.1、电路构成与工作原理   这类电源的共同特点是由工频变压器,整流滤波电路、恒压电路组成;   该类型电路工频变压器原、副线圈完全隔离,通过调整原副线圈的变比,就可以在副边得到需要的交流电压,该工频变压器起到了隔离、降压的作用。通过后继的整流和稳压电路,就可以得到预期的直流电压。   2.1.2、优点:电路简单、成本很低   2.1.3、缺点:损耗大,效率低,体积大,温升高,亮度不稳定 该类电路的工频变压器起到降压的同时,自身的损耗也会随负载的增大而明显增加,导致严重的温升现象;同时能量转换的效率也会变低;另外由于该变压器的物理结构,限制了该电源体积的变小化。   该类电路在驱动大功率白光LED时,必须串联了一RES来限制和稳定流经大功率白光LED的电流,否则一旦工作电流过大,超过了大功率白光LED的最大工作电流,则会导致大功率白光LED的永久性损坏,然而增加限流电阻的方法,不但增加了能量的过多损耗,而且不能解决工频电压的波动而导致的发光亮度不稳定的问题;   该类电路的工频变压器的线圈变比决定了大功率白光LED的串联数量,一旦选定了工频率变压器,则就难以增加大功率白光LED的串联数量。为了满足不同的发光亮度需求,只能以并联的方式来增加大功率白光LED的数量,但是因为大功率白光LED的属性不同,很难实现流经每个并联LED分支有相同的电流,从而会出现各并联的分支LED的发光亮度不一致的现象。   该类电路的电能转换效率低,不能实现节能的目的;工频电压的波动和电路的温升导致的大功率白光LED的发光亮度不稳定,使得该电路不适用于路灯照明领域。   2.2、高频变压器开关稳压源   2.2.1、电路构成与工作原理   这类电源的共同特点是具有高频变压器,直流电压是从变压器次级绕组的高频脉冲电压整流滤波而来。变压器原副线圈是隔离的,而输入电压是直接从交流市电整流得到的高压直流。   2.2.2、优点:功耗小,效率高,体积小,重量轻,稳压范围宽   2.2.3、缺点:控制电路比较复杂,对元器件要求高,亮度不稳定   该类电路使用了大功率开关晶体管、快速恢复二极管以及高频变压器,开关转换速度很快,这使得大功率开关晶体管的功耗很小,电源的效率可以大幅度地提高;由于没有采用笨重的工频变压器,大功率开关晶体管的功耗又很小,省去了较大的散热片,所以电源的体积小,重量轻;关键在于该类电路的输出电压是由激励信号的占空比来调节的,工频输入信号电压的变化可以通过脉冲调制来进行补偿,在出现电网电压变化较大时,仍能保证有较稳定的输出电压。   该类电路在驱动大功率白光LED的原理上和工频变压器线性稳压源一样,采用的是恒压限流的方法,没有符合大功率白光LED的非线性V-I曲线特性,所以在性能方面,仍存在串并连发光亮度不稳定和发光亮度不一致的问题;   该类电路较之工频变压器线性稳压源,在效率、体积、稳压范围方面有显著的改善,所以在其他一些照明场合使用比较多,但该类电路仍不适合于路灯照明领域。
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