由于LED是特性敏感的半導體器件,又具有負溫度特性,因而在應用過程中需要對其進行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護,從而產生了驅動的概念。LED器件對驅動電源的要求近乎于苛刻,LED不像普通的白熾燈泡,可以直接連接220V的交流市電。LED是2~3伏的低電壓驅動,必須要設計復雜的變換電路,不同用途的LED燈,要配備不同的電源適配器。國際市場上國外客戶對LED驅動電源的效率轉換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容的要求都非常高,設計一款好的電源必須要綜合考慮這些因數,因為電源在整個燈具中的作用就好比像人的心臟一樣重要。
用LED作為顯示器或其他照明設備或背光源時,需要對其進行恒流驅動,主要原因是:
1. 避免驅動電流超出最大額定值,影響其可靠性。
2. 獲得預期的亮度要求,并保證各個LED亮度、色度的一致性。
驅動原理
正向壓降(VF)和正向電流的(IF)關系曲線,由曲線可知,當正向電壓超過某個閾值(約2V),即通常所說的導通電壓之后,可近似認為,IF與VF成正比。見表是當前主要超高亮LED的電氣特性。由表可知,當前超高亮LED的最高IF可達1A,而VF通常為2~4V。
由于LED的光特性通常都描述為電流的函數,而不是電壓的函數,光通量(φV)與IF的關系曲線,因此,采用恒流源驅動可以更好地控制亮度。此外,LED的正向壓降變化范圍比較大(最大可達1V以上),而由上圖中的VF-IF曲線可知,VF的微小變化會引起較大的,IF變化,從而引起亮度的較大變化。所以,采用恒壓源驅動不能保證LED亮度的一致性,并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此,超高亮LED通常采用恒流源驅動。
LED的溫度與光通量(φV)關系曲線,由下圖可知光通量與溫度成反比,85℃時的光通量是25℃時的一半,而一40℃時光輸出是25℃時的1.8倍。溫度的變化對LFD的波長也有一定的影響,因此,良好的散熱是LED保持恒定亮度的保證。
驅動方式
通過線性穩(wěn)壓器來轉換電壓會面臨功耗問題,這種方式比較適合用于需要回避噪聲(比如汽車音響)因而不能采用開關方式的轉換電路中。而開關方式的特點是轉換效率非常高,但它也有噪聲的問題,所以選擇何種轉換方式取決于何種應用。
通常,電荷泵驅動方式的效率會隨著輸入電壓的變化而變化,在電壓變化范圍大的應用中,其效率比較低;而在電壓變化范圍比較小的應用中,只有當輸入和輸出電壓之間是整倍數關系時,它的效率才能達到最大,但這在電池供電的實際應用中很難達到。反觀電感的轉換效率不太受電壓干擾,應用限制也比電荷泵要少。
由于受到LED功率水平的限制,通常需同時驅動多個LED以滿足亮度需求,因此,需要專門的驅動電路來點亮LED。
1. 阻容降壓:利用電容在交流下的阻抗來限制輸入電流,從而獲得直流電平給LED供電。這種驅動方式結構簡單,成本低廉,但是輸入非隔離方案,有安全隱患。而且轉換效率很低,無法做到恒流控制。
2. 隔離反激電路:利用反激電路,通過變壓器在副邊產生直流電平,再通過光耦將此電平的紋波反饋回原邊,從而自激穩(wěn)定。此類電路符合安規(guī)認定要求,而且輸出恒流精度較好,轉換效率較高。但由于需要光耦和副邊恒流控制電路,導致系統(tǒng)復雜,體積大,成本高。
3. 原邊方案:原邊方案就是通過完全在交流原邊控制輸出的電源和電流,最精確可以做到5%的恒流精度,副邊僅需簡單的輸出電路即可。原邊主要依靠輔助邊的反饋來控制輸出電壓,依靠限流電阻對原邊電流的控制,同時乘以匝比來控制輸出電流的精度。原邊方案繼承了隔離反激電路的種種優(yōu)點,同時架構簡單,可以做到小體積和低成本。
原邊的恒流精度問題:由于變壓的生產精度難以控制,導致原邊方案在使用低質量變壓器時,輸出電流漂移較大。所以,原邊方案通過改進增加了副邊恒流控制電路,這樣雖然比普通的原邊方案復雜了,但是對比反激方案,仍然可以省去光耦等,系統(tǒng)性價比最高。