LED照明特點(diǎn)及其驅(qū)動(dòng)器類型

半導(dǎo)體照明與一般光伏電源配用的節(jié)能燈泡相比具有節(jié)能、長(zhǎng)壽、安全、環(huán)保、色彩豐富、體積小、耐閃爍、可靠性高、調(diào)控方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。發(fā)光二極管作為一種新型照明光源正在獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　一、半導(dǎo)體照明特點(diǎn)

　　電子元件二極管中半導(dǎo)體發(fā)光二極管是常用的一種類型。發(fā)光二極管又稱為光發(fā)射二極管(LightEmittingDiode,簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)ED)，是一種可將電能變?yōu)楣饽艿囊环N器件，屬于固態(tài)光源。LED是半導(dǎo)體器件通過(guò)PN結(jié)實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，它有如下的特點(diǎn)：

　　(一)壽命長(zhǎng)，響應(yīng)快

　　一般來(lái)說(shuō)，普通白熾燈的壽命約為1000h,熒光燈壽命約10000h,而LED的壽命可達(dá)2--10萬(wàn)h,可見(jiàn)壽命長(zhǎng)的多。LED發(fā)光的相應(yīng)快，它的相應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)，熒光燈為0.1ms,日光燈一般為毫秒級(jí)。

　　(二)體積小，結(jié)構(gòu)牢固

　　LED是用環(huán)氧樹(shù)脂封裝固態(tài)光源，其結(jié)構(gòu)既不像白熾燈有玻璃泡、燈絲等易損壞部件，也不象熒光燈有體積大的燈管和附件，它是一種全固態(tài)結(jié)構(gòu)，因此能經(jīng)得起震動(dòng)、沖擊而不至損壞，而且體積也相對(duì)減小，重量也輕，成本低。綜上所述，LED是一種符合綠色照明要求的光源。

　　(三)安全、節(jié)能、不引起環(huán)境污染

　　發(fā)光二極管的正向工作電壓低，為(1.5-3.0)V,工作電流小，為(5-150)MA,由此工作安全性好。LED在發(fā)光過(guò)程中，只有很少一部分的電能變?yōu)闊崮?，大部分都變?yōu)榱斯饽?，半?dǎo)體燈采用發(fā)光二極管作為新光源，在與普通白熾燈保持同樣亮度下，其耗電量?jī)H為后者的十分之一，因此能耗小。隨著技術(shù)的進(jìn)步，它將成為一種新型的照明光源。目前白光LED的光效已經(jīng)達(dá)到401m/W,優(yōu)于白熾燈，次于熒光燈(60lm/w~200lm/W)。此外，現(xiàn)在使用的白熾燈工作的過(guò)程中，發(fā)出過(guò)多的熱量，影響環(huán)境溫度;而廣泛使用的熒光燈、汞燈等光源中含有危害人體健康的汞。這樣在發(fā)光過(guò)程和廢棄的燈管都會(huì)對(duì)人體的人身健康和環(huán)境造成危害。而LED則沒(méi)有這些問(wèn)題，是一種無(wú)污染的光源。

　　二、控制電路主要功能和結(jié)構(gòu)

　　控制電路要實(shí)現(xiàn)的主要功能是：第一通過(guò)控制，實(shí)現(xiàn)能量的傳遞，要求保證兩個(gè)晶體管的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度要高等，使正、反向平均磁通相等，不產(chǎn)生偏磁;起動(dòng)時(shí)，一定要限制脈寬，即必須要軟起動(dòng)，使脈寬在啟動(dòng)最初若干個(gè)周期中慢慢上升;防止直通;第二輸入與輸出要隔離;第三輸出電壓穩(wěn)定;第四電路的過(guò)流保護(hù);

　　白色發(fā)光LED照明特點(diǎn)及其驅(qū)動(dòng)器類型

　　控制電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，PWM控制部分實(shí)現(xiàn)占空比大范圍可調(diào)，即輸出電壓大范圍可調(diào)，為了防止晶體管直通，占空比要小于45%.因此選擇TL494做為控制電路的主要元件。

　　三、驅(qū)動(dòng)方式

　　實(shí)際制作半導(dǎo)體燈時(shí)，常常使用多只發(fā)光管，這就有個(gè)發(fā)光管的連接方式問(wèn)題。對(duì)于發(fā)光管來(lái)說(shuō)，應(yīng)該優(yōu)先選用串聯(lián)連接。

　　白色發(fā)光LED照明特點(diǎn)及其驅(qū)動(dòng)器類型

　　發(fā)光管的管壓降呈現(xiàn)負(fù)的溫度系數(shù)，直接并聯(lián)。各并聯(lián)發(fā)光管管壓降不可能完全相同，這樣并聯(lián)管之間的電流就會(huì)略有差異，使用時(shí)管壓降略低的管電流略大，其溫升就會(huì)比其他相并聯(lián)的管高，溫升高的管管壓降會(huì)降低的比較多，這樣就導(dǎo)致其電流進(jìn)一步加大，電流大引起更大的溫升，使其管壓降進(jìn)一步降低，如此熱/電正反饋使電流逐漸向管壓降小的發(fā)光管偏移，最終導(dǎo)致其失效。因此，應(yīng)該優(yōu)先串聯(lián)使用發(fā)光管。串聯(lián)使用只有一個(gè)問(wèn)題，即一只LED不亮導(dǎo)致此路其他發(fā)光管都不亮。但實(shí)際使用證明，在驅(qū)動(dòng)電流正常的情況下，即使發(fā)光管自身發(fā)生故障一般也保持通路狀態(tài)，其他發(fā)光管照樣亮。如果驅(qū)動(dòng)器損壞大電流沖擊燒毀發(fā)光管，常常會(huì)使發(fā)光管內(nèi)部引線燒斷開(kāi)路，但是，驅(qū)動(dòng)器都?jí)牧司褪前l(fā)光管并聯(lián)整個(gè)燈也不亮了。所以還是應(yīng)該優(yōu)先選用發(fā)光管串聯(lián)結(jié)構(gòu)。如果使用的管數(shù)較多時(shí)全部串聯(lián)不可能，也只好連串帶并，但各串并聯(lián)管之間必須要有均流措施，最簡(jiǎn)單的均流措施就是在每一串并聯(lián)管中串聯(lián)一個(gè)電阻n牽制電流的偏移。電阻上的壓降太大，使功耗增加，壓降太小則均流效果不好，一般可以取串聯(lián)LED燈總壓降的5%左右。

　　四、LED驅(qū)動(dòng)器分類

　　實(shí)際應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)器按照工作特點(diǎn)可以分為兩大類：直流供電的驅(qū)動(dòng)器和交流供電的驅(qū)動(dòng)器。

　　(一)直流驅(qū)動(dòng)器

　　直流驅(qū)動(dòng)器使用直流電供電，根據(jù)不同的應(yīng)用可以有串聯(lián)降壓型;升壓型：變換器型三種電路結(jié)構(gòu)。

　　1、直流降壓型驅(qū)動(dòng)器

　　直流降壓型驅(qū)動(dòng)器的基本原理是用開(kāi)關(guān)器件配合電抗性器件對(duì)外界電源降壓限流以后驅(qū)動(dòng)發(fā)光管工作。串聯(lián)降壓型驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變換效率比較高。串聯(lián)降壓驅(qū)動(dòng)器比較適合用于輸入電壓和負(fù)載管壓降差別不太大的情況下驅(qū)動(dòng)發(fā)光管。這種驅(qū)動(dòng)器的主要缺點(diǎn)是一旦主開(kāi)關(guān)器件損壞大電流會(huì)直接通過(guò)發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。顯而易見(jiàn)，這種方案當(dāng)供電電壓低于負(fù)載管壓降時(shí)不能使用。

　　2、直流升壓型驅(qū)動(dòng)器

　　直流升壓型驅(qū)動(dòng)器的基本原理是用開(kāi)關(guān)器件配合電抗性器件儲(chǔ)能升壓限流的方式工作的。升壓驅(qū)動(dòng)器的變換效率也比較高。這種方案制作的驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是自身出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)損壞發(fā)光管。升壓型驅(qū)動(dòng)器只能用在負(fù)載管壓降始終高于電源電壓的情況。如果負(fù)載管壓降低于電源電壓驅(qū)動(dòng)器會(huì)失控，大電流直接經(jīng)過(guò)發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。輸入直流低電壓時(shí)所用的發(fā)光管數(shù)量少可以選用降壓驅(qū)動(dòng)器也可以選用升壓驅(qū)動(dòng)器，盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管。如果發(fā)光管數(shù)量多應(yīng)該選用升壓驅(qū)動(dòng)器，也是盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管。

3、直流變換器型驅(qū)動(dòng)器

　　變換器型驅(qū)動(dòng)器n町用開(kāi)關(guān)器件配合高頻變壓器實(shí)現(xiàn)能量從初級(jí)到次級(jí)的傳輸，同時(shí)做電壓/電壓變換驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作。這種驅(qū)動(dòng)器輸出端的電壓不受輸入電壓的制約，可以按照所需要串聯(lián)的發(fā)光管數(shù)任意設(shè)計(jì)，應(yīng)用靈活，適合用在供電電壓在負(fù)載管壓降附近波動(dòng)的情況，也適合供電電壓和負(fù)載管壓降差別很大的情況。其缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，變換效率比以上兩種類型的驅(qū)動(dòng)器略低。如果輸入直流高電壓驅(qū)動(dòng)小功率管可以用串聯(lián)降壓驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)大功率管從安全角度考慮應(yīng)該選用變換器結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器。

　　(二)交流驅(qū)動(dòng)器

　　交流驅(qū)動(dòng)器使用交流市電供電，根據(jù)不同的應(yīng)用也分為降壓型、升壓型、變換器型三種電路類型。交流驅(qū)動(dòng)器和直流驅(qū)動(dòng)器的區(qū)別除了需要對(duì)輸入的交流電做整流濾波之外，從安全角度考慮還存在一個(gè)隔離和不隔離的問(wèn)題。

　　1、交流串聯(lián)降壓型驅(qū)動(dòng)器

　　交流串聯(lián)降壓型驅(qū)動(dòng)器n31把輸入的交流市電整濾波后直接用開(kāi)關(guān)器件和電抗性器件對(duì)輸入的高電壓進(jìn)行降壓限流。這種驅(qū)動(dòng)器和直流降壓驅(qū)動(dòng)器具有同樣的優(yōu)缺點(diǎn)，適合串聯(lián)驅(qū)動(dòng)多只發(fā)光管。很顯然，這種電路結(jié)構(gòu)屬于不隔離電路，使用時(shí)應(yīng)注意安全，制作的燈具發(fā)光二極管的引線也不能在外部裸露。由于這種電路主開(kāi)關(guān)管損壞時(shí)打電流會(huì)通過(guò)發(fā)光管使發(fā)光管燒毀，因此，高電壓輸入串聯(lián)驅(qū)動(dòng)多只大功率發(fā)光管時(shí)要謹(jǐn)慎使用。

　　2、交流升壓型驅(qū)動(dòng)器

　　交流升壓型驅(qū)動(dòng)器把輸入的交流市電整濾波后直接用開(kāi)關(guān)器件和電抗性器件對(duì)輸入的高電壓進(jìn)行升壓限流。這種驅(qū)動(dòng)器和直流升壓驅(qū)動(dòng)器具有同樣的優(yōu)、缺點(diǎn)。但是，直接市電輸入時(shí)輸入的電壓較高，220交流勢(shì)電需要整流升壓到直流電壓400伏以上，負(fù)載的發(fā)光管需要串聯(lián)125只以上白光或者藍(lán)光發(fā)光管才能保證在電源電壓有較大波動(dòng)時(shí)安全工作。由于這種驅(qū)動(dòng)器當(dāng)負(fù)載管壓降低于輸入電壓時(shí)會(huì)失控使大電流直接通過(guò)發(fā)光管使發(fā)光管燒毀，因此也要謹(jǐn)慎使用。

　　3、交流變換器型驅(qū)動(dòng)器

　　交流變換器型驅(qū)動(dòng)器n明是把輸入的交流市電整流后經(jīng)過(guò)高頻變換變壓限流驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作，這種驅(qū)動(dòng)器有高頻變壓器做隔離，因此輸出端是安全的，并且輸出端的電壓不受輸入電壓的制約，可以按照所需要串聯(lián)的發(fā)光管數(shù)任意設(shè)計(jì)，應(yīng)用靈活，其他優(yōu)缺點(diǎn)和直流變換器型驅(qū)動(dòng)器相同。變換效率約90%.220伏交流市電輸入時(shí)驅(qū)動(dòng)200只以下小功率管都可以考慮用串聯(lián)降壓驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)200只以上小功率管應(yīng)該選用升壓或者隔離驅(qū)動(dòng)器。

　　(三)LED的直流驅(qū)動(dòng)和脈沖驅(qū)動(dòng)選擇

　　發(fā)光管發(fā)光靠電能激發(fā)，不管是直流驅(qū)動(dòng)還是脈沖驅(qū)動(dòng)，輸入的電能量決定了輸出的光能量，脈沖驅(qū)動(dòng)不可能使發(fā)光管提高光效，相反，應(yīng)該是直流驅(qū)動(dòng)光效更高。因?yàn)榘l(fā)光管的輸入電流過(guò)大光通量隨電流增加的速度將變緩，發(fā)光管的管小降低。另外，過(guò)大的電流還會(huì)引起發(fā)光管發(fā)射的光譜向長(zhǎng)波方向偏移，對(duì)于白光發(fā)光管來(lái)說(shuō)，這將導(dǎo)致激發(fā)熒光粉效能的降低，使光效下降。所以，脈沖驅(qū)動(dòng)不可能使發(fā)光管省電，但設(shè)計(jì)合理的脈沖驅(qū)動(dòng)器也不會(huì)明顯的引起光效的下降，因此也就不會(huì)比直流驅(qū)動(dòng)更明顯的費(fèi)電。但是脈沖驅(qū)動(dòng)器常常具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)，所以還是值得使用。因此，究竟用脈沖驅(qū)動(dòng)還是用直流驅(qū)動(dòng)要根據(jù)具體情況而定。如果用脈沖驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，一般不會(huì)縮短發(fā)光管的使用壽命發(fā)光管是一種量子器件適合高速工作，這正是發(fā)光管的優(yōu)點(diǎn)之一。如果有閃爍使用的發(fā)光管頻頻損壞，那應(yīng)該是其他方面的原因引起的，電流過(guò)大等等，而不會(huì)

　　是發(fā)光管自身不耐閃爍。一般的驅(qū)動(dòng)技術(shù)不但受輸入電壓范圍的限制，而且效率低。在用于低功率的普通LED驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電流只有幾個(gè)MA,因此損耗不明顯當(dāng)用作電流有幾百M(fèi)A甚至更高的高亮LED的驅(qū)動(dòng)時(shí)，功率電路的損耗就成了比較嚴(yán)重的問(wèn)題。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　隔離驅(qū)動(dòng)雖然電路結(jié)構(gòu)比不隔離驅(qū)動(dòng)器略微復(fù)雜、驅(qū)動(dòng)器體積也會(huì)增大、生產(chǎn)成本會(huì)提高，而不隔離驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、體積也可以做得更小，但不隔離降壓驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)最大的危險(xiǎn)是驅(qū)動(dòng)器一旦損壞高電壓大電流會(huì)直接通過(guò)發(fā)光管是發(fā)光管損壞。因此，使用隔離驅(qū)動(dòng)器較好。交流變換器型驅(qū)動(dòng)器變換效率較高，從節(jié)能的角度來(lái)說(shuō)，更有意義。