LED驅動電源

LED驅動電源 

LED驅動電源是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發光的電源轉換器，通常情況下：LED驅動電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。而LED驅動電源的輸出則大多數為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。

中文名LED:驅動電源

外文名:LED drive power

效  率:>90%

發展方向:提高壽命、減小體積、提高穩定性

不  足:缺乏可執行的標準

作  用:電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發光

目錄

1 特點

2 分類

? 按驅動方式

? 按電路結構

? 電源安裝位置分類

3 提高效率技巧

4 LED驅動電源的發展現狀

5 發展趨勢

6 不足

7 面臨挑戰

8 電源設計

9 注意事項

特點

根據電網的用電規則和LED驅動電源的特性要求，在選擇和設計LED驅動電源時要考慮到以下幾點：

1．高可靠性 特別像LED路燈的驅動電源，裝在高空，有防水鋁殼驅動電源，質量好的話不容易壞，減少維修次數。

2．高效率 LED是節能產品，驅動電源的效率要高。對于電源安裝

在燈具內的結構，尤為重要。因為LED的發光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。

3．高功率因數 功率因數是電網對負載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大，但晚上大家點燈，同類負載太集中，會對電網產生較嚴重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅動電源，據說不久的將來，也許會對功率因數方面有一定的指標要求。

4．驅動方式 通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電，LED串聯或并聯運行。它的優點是成本低一點，但靈活性差，還要解決某個LED故障，會影響其他LED運行的問題。這兩種形式，在一段時間內并存。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。

5．浪涌保護 LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由于電網負載的啟甩和雷擊的感應，從電網系統會侵入各種浪涌，有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞的能力。

6．保護功能 電源除了常規的保護功能外，好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋，防止LED溫度過高。

7．防護方面 燈具外安裝型，電源結構要防水、防潮，外殼要耐曬。

8．驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配。

9．要符合安規和電磁兼容的要求。

隨著LED的應用日益廣泛，LED驅動電源的性能將越來越適合LED的要求。

分類

按驅動方式

（1）恒流式

a、恒流驅動電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化，負載阻值小，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高；

b、恒流電路不怕負載短路，但嚴禁負載完全開路。

c、恒流驅動電路驅動LED是較為理想的，但相對而言價格較高。

d、應注意所使用大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數量；

（2）穩壓式：

a、當穩壓電路中的各項參數確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化；

b、穩壓電路不怕負載開路，但嚴禁負載完全短路。

c、以穩壓驅動電路驅動LED，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均；

d、亮度會受整流而來的電壓變化影響。

（3）脈沖驅動

許多LED應用都需要具備調光功能,比如LED背光或建筑照明調光。通過調整LED的亮度和對比度可以實現調光功能。簡單地降低器件的電流也許能夠對LED發光進行調整,但是讓LED在低于額定電流的情況下工作會造成許多不良后果,比如色差問題。取代簡單電流調整的方法是在LED驅動器中集成脈寬調制(PWM)控制器。PWM的信號并不直接用于控制LED,而是控制一個開關,例如一個MOSFET,以向LED提供所需的電流。PWM控制器通常在一個固定頻率上工作并且對脈寬進行調整,以匹配所需的占空比。當前大多數LED芯片都使用PWM來控制LED發光,為了確保人們不會感到明顯的閃爍,PWM脈沖的頻率必須大于100HZ。PWM控制的主要優點是通過PWM的調光電流更加精確,大程度地降低LED發光時的色差。 

（4）交流驅動

交流驅動器根據不同的應用也可分為降壓型、升壓型、變換器3種類型。交流驅動器和直流驅動器的區別除了需要對輸入的交流屯進行整流濾波之外,從安全角度考慮還存在-個隔離和不隔離的問題。

交流輸入驅動器主要用于改型燈:對十PAR(Parabolic Aluminum Reflector,碗碟狀反射,是專業舞臺上的一種常見燈具)燈、標準燈泡等而言,它們在100V、120V或230V的交流輸入下運行;而對于MR16燈而言,則需要在12V的交流輸入下工作。由于存在某些復雜的問題,如標準三端雙向可控硅開關或前沿后沿調光器的調光能力問題,以及與電子變壓器(從交流線電壓生成MR16燈工作時的12V交流電)的兼容性問題(即無閃爍操作),因此,與直流輸入驅動器相比,交流輸入驅動器所涉及的領域更為復雜。 [1] 

交流供電(市電驅動)應用于LED驅動,一般要經過降壓、整流、濾波、穩壓(或穩流)等環節,使交流電源轉換為直流電源,然后通過適合的驅動電路為LED提供合適的工作電流,還要有高的轉換效率、較小的體積和較低的成本,同時解決安全隔離問題?？紤]到對電網的影響,還要解決好電磁干擾和功率因數問題。對于中小功率的LED,其佳電路結構是隔離式單端反激變換電路;對于大功率的應用,應該使用橋式變換電路。 

按電路結構

（1）電阻、電容降壓方式：通過電容降壓，在閃動使用時，由于充放電的作用，通過LED的瞬間電流極大，容易損壞芯片。易受電網電壓波動的影響，電源效率低、可靠性低。

（2）電阻降壓方式：通過電阻降壓，受電網電壓變化的干擾較大，不容易做成穩壓電源，降壓電阻要消耗很大部分的能量，所以這種供電方式電源效率很低，而且系統的可靠也較低。

（3）常規變壓器降壓方式：電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%～60%，所以一般很少用，可靠性不高。

（4）電子變壓器降壓方式：電源效率較低，電壓范圍也不寬，一般180～240V，波紋干擾大。

（5）RCC降壓方式開關電源：穩壓范圍比較寬、電源效率比較高，一般可以做到70%～80%，應用也較廣。由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續，開關頻率不容易控制，負載電壓波紋系數也比較大，異常負載適應性差。

（6）PWM控制方式開關電源：主要由四部分組成，輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩壓控制部分、開關能量轉換部分。PWM開關穩壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內部參數及外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環反饋，調節主電路開關器件導通的脈沖寬度，使得開關電源的輸出電壓或電流穩定（即相應穩壓電源或恒流電源）。電源效率極高，一般可以做到80%～90%，輸出電壓、電流穩定。一般這種電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。

電源安裝位置分類

驅動電源按安裝位置可分為外置電源和內置電源。

（1）外置電源

顧名思義，外置電源就是把電源安裝在外面的。一般電壓比較高，對人有安全危險的，就需要外置電源。與內置電源的區別就是電源加了一個外殼，常見的有路燈。

（2）內置電源

就是把電源安裝在燈具內，一般都是電壓比較低，12v到24v，對人沒什么安全隱患。這個常見的有球泡燈。

提高效率技巧

1.主電流回路PCB盡量短。LAYPCB的經驗，及布局，這個沒什么，快速的方法就是多看大廠的作品。

2.優化變壓器參數設計，減少振鈴帶來的渦流損耗。這個比較難，先要把電磁基礎知識掌握，設計合理的變壓器，要緊的是耐心，哪怕是想到能提高0.5%的效率，也要去嘗試。

3.合理選用開關器件。這個就是成本和性能的平衡了，什么樣的客戶要求，用什么樣的器件，但得合理。如果要效率，毫無疑問COOL MOS ，低VF輸出二極管。

4.輸入EMI部分優化設計如果過安規，這部分考究得比較多，主要就是經驗了。

5.選擇高效率的拓補結構這個是方案選型的開始，例如PWM和QR PFM，當前提客戶提出效率要求，就要評估選什么樣的拓補。

6.選擇好的電解電容很多人忽略了這個，電解的損耗很大，陳永真老師有個文章中就有詳細的解說。

7.啟動部分功耗設計有效率的前提下，就要考慮，很多芯片都有HV啟動腳，啟動電流也越做越低，這點就是要對新型器件多了解，當然了，還有外加電路無損啟動等，不適合LED驅動。

8.芯片輔助供電優化這點在ST的L6562D應用文檔中有指出15V為佳，但LED一般又為寬電壓輸出，所以我的選擇是加一級線性穩壓，使芯片工作在15V來降低損耗。 [1] 

LED驅動電源的發展現狀

在LED大放異彩的同時,LED驅動電源則是LED產業鏈發展的重中之重,LED驅動電源的壽命、可靠性直接影響了LED光源的長壽命。所以,在LED產業鏈不斷整合發展的同時,LED驅動電源技術的成熟發揮著決定性因素。由于LED產業得到了飛躍式發展,己逐漸從政府機關照明方向轉向民用照明,得益于國家近期出臺的一系列鼓勵發展LED產業的政策,但由此也帶來了很多問題,LED驅動電源的問題便暴露出來。LED驅動電源市場與下游行業,特別是大功率LED路燈的發展密切相關,但隨著LED各項性能參數的不斷提升,LED照明市場逐步興起,應用領域更加廣泛,尤其是在2012年,行業目光從戶外轉向室內商用照明應用的同時,國內外市場與客戶對LED驅動電源也有了更高的要求,特別是電源的效率、功率因數、壽命、恒流精度、電磁兼容等性能。由于LED的應用將逐步從政府工程主導轉變為民用照明主導,LED的應用將逐步細分。雖然,號稱單顆LED的壽命就長達10萬小時的說法已爆破,但LED驅動電源確實還沒有跟上LED的實際壽命。影響LED照明產品推廣是由于LED驅動電源本身的壽命直接拖累LED照明燈具的壽命;或者驅動電源的效率不高導致LED照明燈具的效能轉換低;亦或者是由于輸出電流電壓的不穩定影響了發光品質,使得LED照明的綠色節能優勢大打折扣,從而影響了市場的普及。 [1] 

為了克服上述LED驅動電源的散熱、壽命等問題,無電解電容LED驅動解決方案會成為市場的終選擇。未來的LED驅動電源將會朝著穩定安全、高效率、無電解電容、高度集成化小體積的趨勢發展。

發展趨勢

(1)針對LED的特點開發一系列恒壓恒流控制電子電路，利用集成電路技術將每顆LED的輸入電流控制在佳電流值，使得LED能獲得穩定的電流，并產生高的輸出光通量。LED驅動電源在輸入電壓和環境溫度等因素發生變動的情況下好能控制LED電流的大小。

(2)LED驅動電源具有智能控制功能，使LED的負載電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預先設計的水平上。當負載電流因各種因素而產生變化時，初級控制IC可以通過控制開關使負載電流回到初始設計值上。

(3)在控制電路電路設計方面，要向集中控制，標準模塊化，系統可擴展性三方面發展。

(4)在LED光效和光通量有限的情況下，充分發揮LED色彩多樣性的特點，開發變色LED燈飾的控制電路。

LED驅動電源的發展方向

LED具有很多優點，如環保、節能、體積小巧、壽命長等，這使得LED在未來的通用照明中將逐步取代傳統的熒光燈和白熾燈。驅動電源性能是保證LED整體性能的關鍵，因此必須保證LED驅動電源具有小巧、長壽命、高可靠性等優點。LED的驅動有以下研究熱點：

1.提高驅動電源的壽命

LED很重要的優點之一是使用壽命長，約為3萬~10萬小時。傳統的LED驅動電源中含有電解電容，而電解電容的壽命比較短，約為5,000小時，這是制約LED驅動電源壽命的主要原因，因此在LED驅動電源中應盡可能不采用電解電容。 [2] 

2.提高驅動電源的輸入功率因數，減小總諧波失真美國能源部發布的“能源之星”(ENERGYSTAR)固態照明文件中規定：任何功率等級都需要強制進行功率因數校正。這一標準適用于一系列的產品，如臺燈、柜櫥照明燈等等。其中，家庭住宅照明的LED驅動電源的功率因數必須大于0.7，商業照明中必須大于0.9。IEC61000-3-2諧波含量標準規定在大于25W功率等級的照明中應滿足總諧波失真(Total Harmonic Distortion，THD)小于35%，功率因數不小于0.7。這些標準的出臺，對于LED照明的驅動電源的設計提出了更高的要求。 [2] 

3.減小驅動電源的體積

LED本身比較小巧，這對于便攜式產品非常有利。LED的驅動電源也應該盡量小巧，使其能夠順利裝入LED燈座。在設計過程中，應盡量減小驅動電源的體積。 [2] 

4.提高驅動電源的可靠性

在LED工作過程中，溫度變高、器件老化等非人為因素會對LED本體造成致命的損壞。因此在LED驅動電源中應該加入過壓保護、過流保護等保護電路，對意外事故進行應急處理，保證LED本體的安全工作。 

不足

LED驅動電源存在不足的原因：

(1) 生產LED照明及相關的技術人員對開關電源的了解不夠，做出的電源是可以正常工作，但一些關鍵性的評估及電磁兼容的考慮不夠，還是有一定得隱患；

(2) 大部分LED電源生產都是從普通的開關電源轉型過來做LED電源，對LED的特點及使用認識還不夠；

(3) 關于LED的標準幾乎沒有，大部分都是參考開關電源和電子整流器的標準；

(4) 大部分LED電源沒有統一，所以量大部分都比較小。采購量小，價格就偏高，而且元器件供應商也不太配合；

(5) LED電源的穩定性：寬電壓輸入，高溫和低溫工作，過溫、過壓保護等問題都沒有一一解決 。

面臨挑戰

：提高壽命，延長燈具使用時間。驅動電路整體壽命，尤其是關鍵器件如：電容在高溫下的壽命直接影響到電源的壽命；

第二：提高效率，提高燈具的光效。LED驅動器應挑戰更高的轉換效率，尤其是在驅動大功率LED時更是如此，因為所有未作為光輸出的功率都作為熱量耗散，電源轉換效率的過低，影響了LED節能效果的發揮；

第三：降低成本，提高可購買性。在功率較?。?-5W）的應用場合，恒流驅動電源成本所占的比重已經接近1/3，已經接近了光源的成本，一定程度上影響了市場推廣。

電源設計

LED驅動電源設計并不難，但一定要心中有數。只要做到調試前計算，調試時測量，調試后老化，相信誰都可以搞好LED。

1、LED電流大小

大家都知道LEDripple過大的話，LED壽命會受到影響，影響有多大，但沒有具體的指標。

2、芯片發熱

這主要針對內置電源調制器的高壓驅動芯片，降低芯片的功耗，不要引入額外的功耗，做好散熱。

3、功率管發熱

關于這個問題，也見到過有人在論壇發過貼。功率管的功耗分成兩部分，開關損耗和導通損耗。LED市電驅動應用，開關損害要遠大于導通損耗。開關損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅動能力和工作頻率有關，所以要解決功率管的發熱可以從以下幾個方面解決：

A、不能片面根據導通電阻大小來選擇MOS功率管，因為內阻越小，cgs和cgd電容越大。

B、剩下的就是頻率和芯片驅動能力了，這里只談頻率的影響。頻率與導通損耗也成正比，所以功率管發熱時，首先要想想是不是頻率選擇的有點高。當頻率降低時，為了得到相同的負載能力，峰值電流必然要變大或者電感也變大，這都有可能導致電感進入飽和區域。如果電感飽和電流夠大，可以考慮將CCM(連續電流模式)改變成DCM(非連續電流模式)，這樣就需要增加一個負載電容了。

4、工作頻率降頻

降頻主要由兩個方面導致。輸入電壓和負載電壓的比例小、系統干擾大。對于前者，注意不要將負載電壓設置的太高，雖然負載電壓高，效率會高點。對于后者，可以嘗試以下幾個方面：a、將小電流設置的再小點；b、布線干凈點，特別是sense這個關鍵路徑；c、將電感選擇的小點或者選用閉合磁路的電感；d、加RC低通濾波吧，這個影響有點不好，C的一致性不好，偏差有點大，不過對于照明來說應該夠了。

5、電感或者變壓器的選擇

鑒于大功率發光二極管工作電壓僅為3V,通過全橋整流將220V交流電變成直流電,在全橋上的電壓降約為1.8V,只驅動一只發光二極管工作的電能 利用效率僅為60%。必須把3只以上發光二極管串聯起來工作,才能使總的電能利用效率超過80%。

　　根據3基色合成白光原理,將紅、綠、藍3只1W大功率發光二極管串聯起來工作,就可以獲得相當于3W發白光的LED所達到的亮度 。同時還可以組合出6種彩色光線,滿足人們對變換彩光的喜好。

注意事項

根據電網的用電的特點，led特性的要求以及相關LED產品，在選擇LED驅動電源時要考慮到以下幾點：

總體原則

a、根據LED電流和電壓特點，比較理想的是使用恒流驅動。它能避免LED正向電壓的改變而引起電流變動，同時恒定的電流使LED的亮度穩定。

b、另外，LED光通量與溫度成反比，所以使用中應盡量減少電源發熱和設計良好的散熱系統。從而降低LED工作的環境溫度。

c、為了保證LED產品的整體壽命，必須將LED的結溫控制在一定的范圍內，也就是要控制好LED產品的工作環境溫度。

1、高可靠性

LED產品主要是有LED芯片和電源，散熱外殼，控制電路等組成。其中LED電源的好壞直接影響了產品的好壞。特別是LED路燈產品，由于裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。

2、高效率

LED是節能產品，驅動電源也要符合節能的要求。特別是電源安裝在燈具內的結構，尤為重要。因為LED的發光效率隨著LED溫度的升高而下降。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。

3、恒流驅動方式

為了配合LED的伏安特性，所以LED電源必須使用恒流驅動的方式。

4、浪涌保護

LED抗沖擊能力比較差，所以要加強這方面的保護。特別是一些裝在戶外的產品，電網負載的啟停和雷擊都會對電源有沖擊。因此LED驅動電源的輸入端要有抑制浪涌的保護電路，避免開關瞬間損壞LED。

5、溫度保護功能

電源除了常規的保護功能外，好在恒流輸出中增加LED芯片溫度負反饋，防止LED芯片PN結溫度過高。

6、LED電源壽命

要提高LED驅動電源壽命，就需要從多方面來改善：使用較高壽命的電容，提高電源效率，做好電源的散熱功能，優化燈具的散熱設計。LED電源屬于開關電源，開關電源的質量與可靠性取決于其電路設計，生產工藝，及器件的質量。電解電容是大功率開關電源中必不可少的組成部分。 而開關電源的正常工作壽命要取決于電源所使用的電解電容的壽命，電解電容的壽命又取決于電容本身的壽命及工作溫度，電解電容在不同的溫度下其工作壽命差異很大。

7、工作環境

由于各個地方環境的不同，要著重考慮LED燈具工作場所的環境，如：溫度、濕度、安裝位置等。

考慮到電源的工作方式，如果不加軟啟動電路，通電瞬間，輸出會有一個電壓尖峰。為更好的保護LED，所以需要加軟啟動電路。這一點正是驅動電源穩定性的一個關鍵因素qwwfegr434