白色發(fā)光LED照明特點及其驅(qū)動器類型

　城市照明對改善城市人居環(huán)境、提高城市整體素質(zhì)、推動內(nèi)需、拉動城市夜間經(jīng)濟發(fā)揮了積極作用，為城市的社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益做出了巨大貢獻。目前城市照明（指景觀照明和功能照明的統(tǒng)稱）的年用電量約占全國總發(fā)電量的4-5%,城市照明節(jié)電，具有重要意義。普通的節(jié)能燈，壽命比較短，導致節(jié)電卻不省錢。半導體照明（semi-conductor lighting）是未來照明領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。半導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。發(fā)光二極管作為一種新型照明光源正在獲得越來越廣泛的應用。

　　一、半導體照明特點

　　電子元件二極管中半導體發(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（Light Emitting Diode,簡寫為LED），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是半導體器件通過PN結(jié)實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，它有如下的特點：

　　（一）壽命長，相應快

　　一般來說，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2--10萬h,可見壽命長的多。LED發(fā)光的相應快，它的相應時間為納秒級，熒光燈為0.1ms,日光燈一般為毫秒級。

　?。ǘw積小，結(jié)構(gòu)牢固

　　LED是用環(huán)氧樹脂封裝固態(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、沖擊而不至損壞，而且體積也相對減小，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。

　?。ㄈ┌踩?、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)光過程中，只有很少一部分的電能變?yōu)闊崮埽蟛糠侄甲優(yōu)榱斯饽?，半導體燈采用發(fā)光二極管作為新光源，在與普通白熾燈保持同樣亮度下，其耗電量僅為后者的十分之一，因此能耗小。隨著技術(shù)的進步，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程中，發(fā)出過多的熱量，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)光過程和廢棄的燈管都會對人體的人身健康和環(huán)境造成危害。而LED則沒有這些問題，是一種無污染的光源。

　　二、控制電路主要功能和結(jié)構(gòu)

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

　　
　　控制電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，PWM控制部分實現(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)動方式

　　實際制作半導體燈時，常常使用多只發(fā)光管，這就有個發(fā)光管的連接方式問題。對于發(fā)光管來說，應該優(yōu)先選用串聯(lián)連接，如圖2.

　　發(fā)光管的管壓降呈現(xiàn)負的溫度系數(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)管之間的電流就會略有差異，使用時管壓降略低的管電流略大，其溫升就會比其他相并聯(lián)的管高，溫升高的管管壓降會降低的比較多，這樣就導致其電流進一步加大，電流大引起更大的溫升，使其管壓降進一步降低，如此熱/電正反饋使電流逐漸向管壓降小的發(fā)光管偏移，最終導致其失效。因此，應該優(yōu)先串聯(lián)使用發(fā)光管。串聯(lián)使用只有一個問題，即一只LED不亮導致此路其他發(fā)光管都不亮。但實際使用證明，在驅(qū)動電流正常的情況下，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)動器損壞大電流沖擊燒毀發(fā)光管，常常會使發(fā)光管內(nèi)部引線燒斷開路，但是，驅(qū)動器都壞了就是發(fā)光管并聯(lián)整個燈也不亮了。所以還是應該優(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，最簡單的均流措施就是在每一串并聯(lián)管中串聯(lián)一個電阻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。[!--empirenews.page--]

　　四、LED驅(qū)動器分類

　　實際應用中驅(qū)動器按照工作特點可以分為兩大類：直流供電的驅(qū)動器和交流供電的驅(qū)動器。

　?。ㄒ唬┲绷黩?qū)動器

　　直流驅(qū)動器使用直流電供電，根據(jù)不同的應用可以有串聯(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)動器

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

　　2、直流升壓型驅(qū)動器

　　直流升壓型驅(qū)動器的基本原理是用開關(guān)器件配合電抗性器件儲能升壓限流的方式工作的。升壓驅(qū)動器的變換效率也比較高。這種方案制作的驅(qū)動器的一個顯著的優(yōu)點是自身出現(xiàn)故障時不會損壞發(fā)光管。升壓型驅(qū)動器只能用在負載管壓降始終高于電源電壓的情況。如果負載管壓降低于電源電壓驅(qū)動器會失控，大電流直接經(jīng)過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。輸入直流低電壓時所用的發(fā)光管數(shù)量少可以選用降壓驅(qū)動器也可以選用升壓驅(qū)動器，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)量多應該選用升壓驅(qū)動器，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)動器

　　變換器型驅(qū)動器n町用開關(guān)器件配合高頻變壓器實現(xiàn)能量從初級到次級的傳輸，同時做電壓/電壓變換驅(qū)動發(fā)光二極管工作。這種驅(qū)動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)任意設計，應用靈活，適合用在供電電壓在負載管壓降附近波動的情況，也適合供電電壓和負載管壓降差別很大的情況。其缺點是電路復雜，變換效率比以上兩種類型的驅(qū)動器略低。如果輸入直流高電壓驅(qū)動小功率管可以用串聯(lián)降壓驅(qū)動器，驅(qū)動大功率管從安全角度考慮應該選用變換器結(jié)構(gòu)的驅(qū)動器。

　?。ǘ┙涣黩?qū)動器

　　交流驅(qū)動器使用交流市電供電，根據(jù)不同的應用也分為降壓型、升壓型、變換器型三種電路類型。交流驅(qū)動器和直流驅(qū)動器的區(qū)別除了需要對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隔離和不隔離的問題。

　　1、交流串聯(lián)降壓型驅(qū)動器

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

　　2、交流升壓型驅(qū)動器

　　交流升壓型驅(qū)動器把輸入的交流市電整濾波后直接用開關(guān)器件和電抗性器件對輸入的高電壓進行升壓限流。這種驅(qū)動器和直流升壓驅(qū)動器具有同樣的優(yōu)、缺點。但是，直接市電輸入時輸入的電壓較高，220交流勢電需要整流升壓到直流電壓400伏以上，負載的發(fā)光管需要串聯(lián)125只以上白光或者藍光發(fā)光管才能保證在電源電壓有較大波動時安全工作。由于這種驅(qū)動器當負載管壓降低于輸入電壓時會失控使大電流直接通過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀，因此也要謹慎使用。

　　3、交流變換器型驅(qū)動器

　　交流變換器型驅(qū)動器n明是把輸入的交流市電整流后經(jīng)過高頻變換變壓限流驅(qū)動發(fā)光二極管工作，這種驅(qū)動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)任意設計，應用靈活，其他優(yōu)缺點和直流變換器型驅(qū)動器相同。變換效率約90%.220伏交流市電輸入時驅(qū)動200只以下小功率管都可以考慮用串聯(lián)降壓驅(qū)動器，驅(qū)動200只以上小功率管應該選用升壓或者隔離驅(qū)動器。

　?。ㄈ㎜ED的直流驅(qū)動和脈沖驅(qū)動選擇

　　發(fā)光管發(fā)光靠電能激發(fā)，不管是直流驅(qū)動還是脈沖驅(qū)動，輸入的電能量決定了輸出的光能量，脈沖驅(qū)動不可能使發(fā)光管提高光效，相反，應該是直流驅(qū)動光效更高。因為發(fā)光管的輸入電流過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，過大的電流還會引起發(fā)光管發(fā)射的光譜向長波方向偏移，對于白光發(fā)光管來說，這將導致激發(fā)熒光粉效能的降低，使光效下降。所以，脈沖驅(qū)動不可能使發(fā)光管省電，但設計合理的脈沖驅(qū)動器也不會明顯的引起光效的下降，因此也就不會比直流驅(qū)動更明顯的費電。但是脈沖驅(qū)動器常常具有電路結(jié)構(gòu)簡單生產(chǎn)成本低的特點，所以還是值得使用。因此，究竟用脈沖驅(qū)動還是用直流驅(qū)動要根據(jù)具體情況而定。如果用脈沖驅(qū)動發(fā)光管，一般不會縮短發(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)點之一。如果有閃爍使用的發(fā)光管頻頻損壞，那應該是其他方面的原因引起的，電流過大等等，而不會是發(fā)光管自身不耐閃爍。一般的驅(qū)動技術(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)動時，由于電流只有幾個MA,因此損耗不明顯當用作電流有幾百MA甚至更高的高亮LED的驅(qū)動時，功率電路的損耗就成了比較嚴重的問題。

　　五、結(jié)束語

　　隔離驅(qū)動雖然電路結(jié)構(gòu)比不隔離驅(qū)動器略微復雜、驅(qū)動器體積也會增大、生產(chǎn)成本會提高，而不隔離驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本低、體積也可以做得更小，但不隔離降壓驅(qū)動器的一個最大的危險是驅(qū)動器一旦損壞高電壓大電流會直接通過發(fā)光管是發(fā)光管損壞。因此，使用隔離驅(qū)動器較好。交流變換器型驅(qū)動器變換效率較高，從節(jié)能的角度來說，更有意義。