中国计量学院 LED 与 LED 电源

目录 一、LED及其特点 二、LED电源技术 三、LED电源设计要点

LED及其特点 什么是LED LED是一种固体光源，当它两端加上正向电压，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。采用不同的材料，可制成不同颜色有发光二极管

LED及其特点 LED是一种可发光的二极管，除了具有发光特性外，还具有普通半导体整流二极管的特性。

LED及其特点 LED的伏安特性 LED伏安特性曲线 OA段：正向死区 VA为开启LED发光的 电压。比如红色（黄色）LED的开启电压一般为0.2~0.25V。 AB段：工作区在这一区段，一般是随着电压增加电流也跟着增加，发光亮度也跟着增大。但在这个区段内要特别注意，如果不加任何保护，当正向电压增加到一定值后，那么LED的正向电压会减小，而正向电流会加大。如果没有保护电路，会因电流增大而烧坏发光二极管。 OC段：反向死区 LED加反向电压是不 发光的（不工作），但有反向电流。这个反向电流很小，一般在几μA之 内 CD段：反向击穿区 LED的反向电压一般不要超过10V，最大不得超过15V，否则就会出现反向击穿，导致LED报废。 LED伏安特性曲线

LED及其特点 （1）单向导电； （2）LED有门限电压。LED的门限电压和正常工作时的正向 压降与LED的光色有关； （3）具有非线性的伏安特性曲线，电流与电压不成正比； （4）LED光通量随电流增大而增加，但不成正比； （5）对温度敏感，结温升高时，光输出减少，正向电压降 低； （6）离散性较大

LED及其特点 （1）输入直流电压不低于LED正向压降； （2）采用直流电流或单向脉冲电流驱动； 在光效比较高的电流值下工作； （5）优良的散热设计。

LED及其特点 LED的伏安特性 并不是固定的，是 随着温度而变化 的，所以在恒压 供电时，LED电流 随温度变化而变 化，因为LED的伏 安特性具有负温度 系数的特点。 LED伏安特性的温度系数

LED电源技术 LED在应用中的配置形势及特点 LED的配置形势取决于多方面的因素，如应用要 求、LED的参数与数量、输入电压、散热管理、尺 寸与布局限制等。 在实际应用中，往往需要将多个LED按照需求排 列组合起来。

LED电源技术 常见的连接形式 1 串联 带并联稳压管的串联 简单串联

LED电源技术 常见的连接形式 2 并联 简单并联 独立匹配并联

LED电源技术 常见的连接形式 3 混联 先并后串 先串后并

LED电源技术 常见的连接形式 连接形式 优点 缺点 串 联 简单串联 电路简单，LED电流相同，亮度一致 可靠性不高，驱动器输出电压高 带旁路串联 电路简单，可靠性高，LED电流相同，亮度一致 元器件数量增加，体积大，成本高 并 简单并联 电路简单，驱动电压低 均流问题 独立匹配并联 可靠性好，单个LED保护完善 电路复杂，体积大，成本高，不适应LED多的场合 混 先并后串 可靠性较高，总体效果较高，适用范围较广 电路复杂，并联的单个LED或LED串需解决均流问题 先串后并

LED电源技术 LED的原始电源不外乎两种：一是电池，二是市电。但提供给用户或者产品的供电模式有五种； 低压直流：电池、低压电源； 高压直流：高压电源； 低压高频交流：电子变压器等； 高压低频交流：市电； 低压低频交流：

LED电源技术 直流输入方式下的LED驱动技术 一、线性稳压器 传统线性稳压器 LDO稳压器 二、开关型DC/DC变换器 降压(Buck)变换器 升压(Boost)变换器 降压-升压(Buck-Boost)变换器

LED电源技术 线性稳压器 普通线性稳压器 特点：输入输出电压之差一般要求为4-6V，导致电源效率底下。 直流输入>线性稳压器 线性稳压器 普通线性稳压器 特点：输入输出电压之差一般要求为4-6V，导致电源效率底下。 如右图，Pic=(17-9)V*350mA=2.8W PR1=0.35*0.35*5.7 =0.7W 效率=Pled/(Pic+PR1+Pled) =0.43

LED电源技术 直流输入>线性稳压器 线性稳压器 LDO稳压器 针对传统线性稳压器存在的问题，低压差降落（Low Drop Out）集成稳压器发展迅速，所谓低压差是指输入输出电压之差比传统线性稳压器要小得多，所以效率远远优于传统线性稳压器，因此在便携式电子产品和电池供电的电源系统中大量使用。

LED电源技术 开关型DC/DC变换器 开关型DC/DC变换器按照输入输出电压的不同分为三种： 降压(Buck)变换器 升压(Boost)变换器 降压-升压(Buck-Boost)变换器

LED电源技术 升压变换器原理 直流输入>开关型DC/DC变换器 当控制器驱动S 导通时，D截止，L中的电流不能突变，只能从零开始缓慢线性增加，并且电源在L中储存能量夕咆流通过L和S 返回到电源负端。在此过程中，输出电容C给负载供电 　S截止时，L上的感应电动势(左负右正)使D正向偏置而导通， L释放所储存的能量，电流逐渐减小。在此过程中，电感器L中的储能与顺极性的输入电压共同给负载供电，同时对C1进行充电.

LED电源技术 直流输入>开关型DC/DC变换器 升压型LED驱动器

LED电源技术 市电供电下的LED驱动 目前LED在应用中大多利用交流市电电源供电。由于LED要求在直流低电压下工作，采用市电电源供电，则需要通过适当的电路拓扑将其转换为符合LED工作要求的直流电源。 非隔离：是指在负载端和输入端有直接连接，触摸负载有触电 的危险 电容降压 高压芯片恒流 隔离： 隔离是指在输出端和输入端有隔离变压器，安全性 大大好于非隔离 变压器降压 PWM式恒流

LED电源技术 电容降压简易电源的基本电路如图。 通过C1的电流IC1为： 220V，50Hz条件下， 市电输入>非隔离>>电容降压 电容降压简易电源的基本电路如图。 C1 为降压电容器，同时具有限流作用，D3 是稳压二极管，R1 为关断电源后C1 的电荷泄放电阻。 通过C1的电流IC1为： 220V，50Hz条件下，

LED电源技术 市电输入>非隔离>>电容降压 电容降压简单应用电路

LED电源技术 电容降压电路的优点是体积小、成本低，缺 点是带负载能力有限，效率不高，输出电压随电 市电输入>非隔离>>电容降压 电容降压LED驱动电路的特点 电容降压电路的优点是体积小、成本低，缺 点是带负载能力有限，效率不高，输出电压随电 网波动而变化，使LED亮度不稳定 ，所以只能 应用于对LED亮度及精度要求不高的场合。

LED电源技术 原理分析： 市电输入>非隔离>>高压芯片恒流 以9910为例,就是在电源工作 的原边回路,设定一个电流阀值, 当原边MOS导通,此时电感的电 流是线性上升的,当上升到一定值 的时候,达到这个阀值,就关断电 流,下一周期再由触发电路触发 MOS导通.

LED电源技术 高压芯片恒流电路特点 电路简单，所需元器件少，但恒流精度不高，一旦 失控，会烧毁LED灯串。 市电输入>非隔离>>高压芯片恒流 高压芯片恒流电路特点 电路简单，所需元器件少，但恒流精度不高，一旦 失控，会烧毁LED灯串。

LED电源技术 变压器降压LED驱动电路 1、变压器降压整流滤波 2、采用线性稳压器的变压器降压 3、采用集成电流源的LED驱动电路 市电输入>隔离>>变压器降压 变压器降压LED驱动电路 1、变压器降压整流滤波 2、采用线性稳压器的变压器降压 3、采用集成电流源的LED驱动电路 变压器降压和全波整流、电容滤波LED驱动电路

LED电源技术 采用工频变压器，转换效率低，另 变压器降压LED驱动电路特点 外限流电阻上消耗功率较大，电源效率 很低。 市电输入>隔离>>变压器降压 变压器降压LED驱动电路特点 采用工频变压器，转换效率低，另 外限流电阻上消耗功率较大，电源效率 很低。

LED电源技术 PWM控制方式开关电源 市电输入>隔离>>PWM控制方式开关电源

LED电源技术 PWM控制方式开关电源特点： 效率高，一般可达80-90%，输出电压、电流 稳定，可加入各种保护，属于可靠性电源。是

LED电源设计要点 根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点 修不方便成本也高； 高效率：LED是节能产品，电源的效率要高，特别是对于安装在 灯具内部的电源更为重要，因为LED的发光效率随LED 温度的升高而降低。电源效率越高，损耗越少，在灯具 内发热量小，可以降低灯具内温升，对延缓LED光衰有 利；

LED电源设计要点 功率因数 ：功率因数是电网对于负载的要求，一般70W以下的电 器没有功率因数的要求，小功率的低功率因数负载大量同时使用的话，会对电网造成较严重的污染； 驱动方式 ：主要有两种，一个是多路恒流，一个恒压源供多个恒流，每个恒流源给一路LED串供电；还有一个是直接恒流，LED串联或者并联运行。

LED电源设计要点 浪涌保护 ：浪涌电流是指电网中出现的短时间象“浪”一样的高电压引起的大电流。当某些大容量的电气设备接通或断开时间，由于电网中存在电感，将在电网产生“浪涌电压”，从而引发浪涌电流。 LED由于本身特性的原因，抗浪涌能力较差，特别是反向抗压能力，因此加入浪涌保护电路非常必要。 保护电路 ：除常规的欠压保护、过压保护、过流保护外，最好加入温度反馈电路，因为LED温升对寿命及发光效率都有影响，防止LED温度过高对LED寿命及延长光衰有利。

LED电源设计要点 符合安规及电磁兼容的要求 安规就是安全规范，目前是指电子产品在设计中必须保持和遵守的规范。 安规的特点是：安规强调对使用和维护人员的保护，是我们使用电子产品方便同时，不让电子产品给我们带来危险，同时允许设备部分或全部功能丧失。安规是使用安全规范来考虑电子产品，使产品更加安全。 电磁兼容（英文:Electromagnetic Compatibility，简称EMC）是在电学中研究意外电磁能量的产生、传播和接收，以及这种能量所引起的有害影响。电磁兼容的目标是在相同环境下，涉及电磁现象的不同设备都能够正常运转，而且不对此环境中的任何设备产生难以忍受的电磁干扰之能力。

LED电源设计要点 在设计LED日光灯电源以前，应了解LED本身结构及日光灯结构特点： LED日光灯电源设计要点 1、LED的工作电流：一般LED的额定工作电流20毫安，设计20毫安时，实际上工作发热很严重，经多次对比试验，设计成16-18毫安是比较理想的。N路并联的总电流=17 * N 2、LED的工作电压：一般LED的推荐工作电压是3.0-3.5V，在估计LED灯串电压时，一般取单颗为3.125V。M个灯珠串联的总电压=3.125* M 3、LED日光灯电源与灯板的匹配：首先考虑设计电源，再设计灯板，使灯板能够最大限度的发挥电源的效率。

LED日光灯电源设计要点 LED日光灯电源设计要点 4、LED灯板的串并联与宽电压的关系： 要使LED日光灯工作在输入电压范围比较宽的范围AC85-265V，则灯板的LED串并联方式很重要。对非隔离的降压式电源，在要求宽电压时，输出电压不要超过72V，输入电压范围是可以到达85-265V的。也就是说，串联数不超过24串。并联数不要太多， 否则工作电流太大，发热严重，推荐为6并/8并/12并。总电流不 超过240毫安为好

LED日光灯电源设计要点 LED日光灯电源设计要点 5、LED日光灯电源的功率因数校正电路（PFC电路） 功率因数：又称为功率因子，英文缩写PF(Power Factor),是有功功率与视在功率的比值。功率因数在一定程度上反映了发电机容量得以利用的比例，是合理用电的重要指标。 目前LED日光灯电源PFC电路主要有三种： 一 无PFC电路，PF值一般为0.65左右； 二 无源PFC（填谷式），与灯管匹配的好的话，一般可以达到 0.92 三 有源PFC ，采用专用芯片，PF值可达0.99，但价格翻一倍， 所以采用第二种方案的比较多。

LED日光灯电源设计要点 LED日光灯电源设计要点 无源PFC（填谷式） C1和D1组成半桥的一臂，C2和D3组成 半桥的另一臂，D2和R1组成充电连接通 路，利用填谷原理进行补偿。滤波电容 C1和C2相串联，电容上的电压最高充到输 入电压的一半(VAC/2)，一旦线电压降到 VAC/2以下，二极管D1和D3就会被正向偏 置，这样使C1和C2开始并联放电。采用这 个电路后，系统的功率因数从0.6提高到 0.88～0.9，但很难超过0.92，因为输入电 压和电流之间还存在大约60度的死区。

LED日光灯电源设计要点 LED日光灯电源设计要点 6、LED灯板的串并联与宽电压及功率因数的关系： 对于被动式PFC电路，其工作电压范围是交流输入电压峰值的一半。如输入是220V，其峰值是220*1.414=310V，峰值电压的一半是155V，再减去两个电容串联的分压1/2 ,则最大输出是77V，所以LED灯珠串联数最多24串。如果输入是110V，则带PFC电源的输出是：110*1.414*1/4=38V,可以带的灯珠数是12串。所以，在110V的地区，要带PFC是比较麻烦的，灯珠数不能多于12串。因此，要想得到比较大的功率因素，灯珠的串联数不能太多，否则，就达不到低电压的要求。

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