中国计量学院 LED 与 LED 电源.

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1 中国计量学院 LED 与 LED 电源

2 目录 一、LED及其特点 二、LED电源技术 三、LED电源设计要点

3 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

4 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。

5 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

6 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

7 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。

8 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

9 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。

10 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

11 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

12 LED电源技术 常见的连接形式 3 混联 先并后串 先串后并

13 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

14 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：

15 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

16 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

17 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。

18 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

19 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.

20 LED电源技术 直流输入>开关型DC/DC变换器 升压型LED驱动器

21 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

22 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，

23 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

24 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。

25 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.

26 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。

27 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

28 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。

29 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

30 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

31 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；

32 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。

33 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。

34 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。

35 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 V，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。

36 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

37 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。

38 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。

39 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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