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LED的特性及驱动电源的发展趋势
来源:互联网 sk001 | 蒋 天 堂
【分  类】 机械与建筑工程
【关 键 词】 LED; 特性; 驱动电源
【来  源】 互联网
【收  录】 中文学术期刊网
正文:

  摘要: LED 作为一种新型光源, 具有与传统光源不同的特性, LED 驱动电源则是LED产业链发展的保障,LED 电源的品质直接制约了LED 产品的可靠性,因此,在LED 产业链逐步完善的今日,LED 驱动电源的成熟也至关重要,本文简要介绍LED 的基本特性、驱动电源及相关的问题。

  关键词: LED; 特性; 驱动电源 概述 传统的照明技术存在发光效率低(一般白炽灯发光效率20%左右,普通节能灯40~50%左右)、耗电量大、使用寿命短,光线中含有大量的紫外线、红外线辐 射,照明灯具一般是交流驱动,不可避免的产生频闪而损害人的视力,普通节能灯的电子镇流器会产生电磁干扰,且荧光灯含有大量的汞和铅等重金属,无法全部回 收则造成环境污染等问题。现代生产和生活的发展迫切需要一种高效节能、无污染、无公害的绿色照明技术取代传统照明技术。近年来,经过科学家的技术攻关,一 种新型光源技术—LED照明技术正在趋于成熟

  LED( Lighting Emitting Diode)即发光二极管,具有寿命长、节能、安全、绿色环保、色彩丰富等显著优点。是全球新兴产业,LED照明灯具有巨大节能作用,每年以50%的速度增长,将会取代传统光源,从而引发人类照明史上的第四次革命,极大地改善人类的生存环境,缓解全球日益严峻的能源危机,。

  二、LED的特性

  1、LED是单向导电器件,由于这个特点,就要用直流电流或者单向脉冲电流给LED供电。

  2、LED是一个具有PN结结构的半导体器件,具有势垒电势,这就形成了导通门限电压,加在LED上的电压值超过这个门限电压时LED才会充分导通。LED的门限电压一般在2.5V以上,正常工作时的管压降为3~4V。

  3、LED的电流一电压特性是非线性的,流过LED的电流在数值上等于供电电源的电动势减去LED的势垒电势后再除以回路的总电阻(电源内阻、引线电阻和LED体电阻之和)。因此,流过LED的电流和加在LED两端的电压不成正比。

  4、LED的PN结的温度系数为负,温度升高时LED的势垒电势降低。由于这个特点,所以LED不能直接用电压源供电,必须采取限流措施,否则随着LED工作时温度的升高,电流会越来越大,以致损坏LED。

  5、流过LED的电流和LED的光通量的比值也是非线性的。LED的光通量随着流过LED的电流增加而增加,但却不成正比,越到后来光通量增加得越少。因此,应该使LED在一个发光效率比较高的电流值下工作。

  6、LED也和其他光源一样,所能承受的电功率是有限的。如果加在LED上的电功率超过一定数值,LED可能损坏。

  7、由于生产工艺和材料特性方面的差异,同样型号的LED的势垒电势以及LED的内阻也不完全一样,这就导致LED工作时的管压降不一致。

  三、LED驱动电源的几种配置

  LED 不能象传统光源那样直接使用供电电源, 需要驱动电路将供电电源变换为直流电流才能工作。LED 驱动电路的类型、结构与供电电源的类型有关, 通常分为直流供电、交流供电两大类。

  1、直流供电:指能直接提供直流电流的各种干电池、蓄电池和太阳能电池等, 根据所提供的电源电压又可分为以下几种形式。

  1.1、低电压驱动

  低电压驱动就是指用低于LED正向导通压降的电压驱动LED,如一节普通干电池或镍铬/镍氢电池,其正常供电电压为0.8~1.65V。低电压驱动LED需要把电压升高到足以使LED导通的电压值。对于LED这样的低功耗照明器件,这是一种常见的使用情况,如LED手电筒、LED应急灯、节能台灯等。由于受单节电池容量的限制,一般不需要很大功率,但要求有最低的成本和比较高的变换效率。另外,考虑到有可能配合一节5号电池工作,还要有最小的体积,其最佳技术方案是电荷泵式升压变换器。

  1.2、过渡电压驱动

  过渡电压驱动是指给LED供电的电源电压值在LED管压降附近变动,这个电压有时可能略高于LED管压降,有时可能略低于LED管压降。如一节锂电池或者两节串联的铅酸电池,满电时电压在4V以上,电快用完时电压在3V以下。用这类电源供电的典型应用有LED矿灯等。 过渡电压驱动LED的电源变换电路既要解决升压问题又要解决降压问题,为了配合一节锂电池工作,也需要有尽可能小的体积和尽量低的成本。一般情况下功率也不大,其最高性价比的电路结构是反极性电荷泵式变换器。

  1.3、高电压驱动

  高电压驱动是指给LED供电的电压值始终高于LED管压降,如6V、12V、24V蓄电池,典型应用有太阳能草坪灯、太阳能庭院灯、机动车的灯光系统等。高电压驱动LED要解决降压问题,由于高电压驱动一般是由普通蓄电池供电,会用到比较大的功率(如机动车照明和信号灯光),应该有尽量低的成本。变换器的最佳电路结构是串联开关降压电路。

  2、交流供电(市电驱动 ): 这是一种对LED照明应用最有价值的供电方式,是半导体照明普及应用必须要解决好的问题,交流供电(市电驱动)应用于LED 驱动,一般要经过降压、整流、滤波、稳压(或稳流)等环节, 使交流电源转换为直流电源, 然后通过适当的驱动电路为LED 提供合适的工作电流,还要有比较高的变换效率、有较小的体积和较低的成本。另外,还应该解决安全隔离问题。考虑到对电网的影响,还要解决好电磁干扰和功率因数问题。对中小功率的LED,其最佳电路结构是隔离式单端反激变换器。对于大功率的应用,应该使用桥式变换电路。

  四、LED 驱动电源面临的问题

  LED照明灯具有巨大节能作用,每年以50%的速度增长,将会取代传统光源,从而引发人类照明史上的第四次革命,极大地改善人类的生存环境,缓解全球日益严峻的能源危机,在LED 大放异彩的同时,LED 驱动电源则是L E D 产业链发展的保障,LED 电源的品质直接制约了LED 产品应用的可靠性,因此,在LED 产业链逐步完善的今日,LED 驱动电源的发展和成熟也至关重要。

  由于LED 是特性敏感的半导体器件,又具有负温度特性,因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护,从而产生了驱动的概念。LED 器件对驱动电源的要求近乎于苛刻,LED 不像普通的白炽灯泡,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。国际市场上国外客户对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高,设计一款好的电源必须要综合考虑这些因数,因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。2009年,虽然金融危机对世界经济的影响很大,但是欧美等国际市场对大功率LED 电源的需求量还是很大,相应的高端LED 产品的出口量受金融危机影响较小。2008 年中国LED 应用产品产值已超过450亿元RMB,LED 示范应用路灯、LED 全彩显示屏显示器件、太阳能LED 、景观照明、消费类电子背光、信号、指示等应用仍然是主要应用领域。但是在市场一片繁荣的背景下,LED产品质量良莠不齐,对驱动电源的要求混乱,市场上LED 产品如火如荼的发展态势下,就LED 驱动电源企业而言,目前面临几个挑战。首先是驱动电路整体寿命,尤其是关键器件如电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命。其次是LED 驱动器应挑战更高的转换效率,尤其是在驱动大功率LED 时更是如此,因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散,电源转换效率的过低,影响了LED 节能效果的发挥。第三,以大调光比高效率地对LED 调光,同时能够保证在高和低亮度时颜色特性恒定。同时要降低成本,目前在功率较小(1~5W)的应用场合,恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1/3,已经接近了光源的成本,一定程度上影响了市场推广。

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