【導(dǎo)讀】本文主要講解LED驅(qū)動技術(shù)，通過十問十答的方式讓新手徹底明白LED驅(qū)動技術(shù)。這幾個LED驅(qū)動技術(shù)回答，完全涵蓋關(guān)于LED的驅(qū)動知識，希望對新手或者LED驅(qū)動設(shè)計開發(fā)的朋友們有所幫助。
1. LED驅(qū)動IC特點與選擇
網(wǎng)友提問：LED驅(qū)動必須用專用LED驅(qū)動IC嗎?與普通IC相比有何優(yōu)缺點呢?
專家回復(fù)：LED驅(qū)動專用IC的優(yōu)點是Vin寬、輸出電流大、恒流精度高、采用抖頻可有效降低EMI。
LED驅(qū)動用恒流源主要是保證LED在發(fā)光的工作時間段光線亮度一致、不閃爍。低價手機用LDO來驅(qū)動背光的LED也是常用的，只是電源的利用率不高，好在大多手機設(shè)計鋰電池電壓降致3.3V時關(guān)機。LED照明燈具用LDO來驅(qū)動就不是好方法了，LDO不能恒流。
網(wǎng)友提問：那么國產(chǎn)和外國LED驅(qū)動IC又該怎樣選擇?
專家回復(fù)：LED驅(qū)動IC很多，性價比各不相同，關(guān)鍵看設(shè)計產(chǎn)品的目標價位是多少，如求競爭能力和較多利潤，本土IC產(chǎn)品也不錯。
2. LED驅(qū)動電源選擇和設(shè)計問題
網(wǎng)友提問：選擇和設(shè)計LED驅(qū)動電源時要考慮哪些問題
專家回復(fù)：LED驅(qū)動電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下：LED驅(qū)動電源的輸入包括市電、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流等。而LED驅(qū)動電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。
根據(jù)電網(wǎng)的用電規(guī)則和LED驅(qū)動電源的特性要求，在選擇和設(shè)計LED驅(qū)動電源時要考慮以下問題。
a.高可靠性 特別像LED路燈的驅(qū)動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。
b.高效率 電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。
c.驅(qū)動方式 現(xiàn)在通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨給每路LED供電。另一種是直接恒流供電，LED串聯(lián)或并聯(lián)運行。怎樣選擇啟動方式要根據(jù)實際需要。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。
d.浪涌保護 LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。由于電網(wǎng)負載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌，有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞的能力。
e.其他要素，如，提高電源功率因數(shù);增加LED溫度負反饋功能;外部防護方面，要防水、防潮，外殼要耐曬;驅(qū)動電源的壽命要與LED的壽命相適配;要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。
3. LED 驅(qū)動IC發(fā)展方向
專家講解： 照明用LED 驅(qū)動IC發(fā)展方向
LED光源是一種長壽命光源，理論壽命可達50000小時，但是應(yīng)用電路設(shè)計不合理、電路元器件選用不當(dāng)、LED光源散熱不好，都會影響它的使用壽命。特 別是在應(yīng)用電路里，作為AC/DC整流橋的輸出濾波器的電解電容器，它的使用壽命在5000小時以下，這就成了制造長壽命LED燈具技術(shù)的攔路虎，設(shè)計生 產(chǎn)可以在應(yīng)用電路里省去電解電容器的新一代LED驅(qū)動IC是可行的解決方案.
此外，對新一代LED驅(qū)動IC的設(shè)計必須打破傳統(tǒng)的DC/DC拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，如采用恒功率、不采用磁滯控制的降壓型而采用定頻定電流控制、解決使用鹵 素?zé)綦娮?a target="_blank" style="text-decoration:none;" >變壓器所產(chǎn)生的燈源閃爍和多燈并聯(lián)不亮問題等等;還必須解決LED驅(qū)動IC在多種應(yīng)用電路中能過EMC、安規(guī)、CE、UL等認證;應(yīng)用電路力求簡 潔、使用元器件少也是客戶降低成本所夢寐以求，和市場競爭所必須的;隔離與非隔離的應(yīng)用歷來是商家在安全與效率之爭焦點;提高PWM控制器的占空比等等。
0.5W-3W的LED光源與LED 驅(qū)動 IC集成在一個CMC封裝內(nèi)的新一代芯片已經(jīng)小批量生產(chǎn)，顯示LED 驅(qū)動 IC正在向高度集成化的多芯片CMC封裝方向發(fā)展;可用交流電(AC)直接驅(qū)動發(fā)光的新一代、特殊拓撲結(jié)構(gòu)AC LED光源生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，將開創(chuàng)LED照明技術(shù)的又一新紀元。
4. 隔離型與非隔離型驅(qū)動方案比較
網(wǎng)友提問：目前在以市電為輸入電源的LED驅(qū)動方案中，隔離型與非隔離型兩種驅(qū)動方案相比較各自有何優(yōu)缺點?如何選用
專家回復(fù)：總的來說，隔離型驅(qū)動安全但效率較低，非隔離型驅(qū)動效率較高，應(yīng)按實際使用的要求來選隔離型還是非隔離型驅(qū)動。
就電路結(jié)構(gòu)而言：目前的隔離型方案多是AC/DC的反激式(Flyback)電路方案，因此相對電路較復(fù)雜、成本較高。非隔離型基本是采用DC/DC的升壓(Boost)或降壓(Buck)電路，則相對電路較簡單，因而成本也相對較低。
恒流精度：隔離型可以做到±5%以內(nèi)，而非隔離型則很難做到。
在應(yīng)用領(lǐng)域：目前在以市電為輸入電源的LED燈具中(特別是驅(qū)動與光源一體的燈具)，本著安全第一的原則，基本已不再采用非隔離型方案。但也有例 外，LED日光燈管由于受到結(jié)構(gòu)和空間的制約，仍還用非隔離型方案。在低壓供電的LED燈具中，以效率和成本優(yōu)先的原則，非隔離型方案是最佳的選擇。
5. AC直接驅(qū)動的LED技術(shù)
網(wǎng)友提問： 用AC直接驅(qū)動的LED技術(shù)是怎么回事?
專家回復(fù)：AC LED光源是將一堆LED微小晶粒采用交錯的矩陣式排列工藝均分為五串，AC LED晶粒串組成類似一個整流橋，整流橋的兩端分別聯(lián)接交流電源，另兩端聯(lián)接一串LED晶粒，交流電的正半周沿藍色通路流動，3串LED晶粒發(fā)光，負半周 沿綠色通路流動，又有3串LED晶粒發(fā)光，四個橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光，相對橋臂上的LED晶粒同時發(fā)光，中間一串LED晶粒因共用而一直在發(fā)光。在 60Hz的交流電中會以每秒60次的頻率輪替點亮。整流橋取得的直流是脈動直流，LED的發(fā)光也是閃動的，LED有斷電余輝續(xù)光的特性，余輝可保持幾十微 秒，因人眼對流動光點記憶是有惰性的，結(jié)果人眼對LED光源的發(fā)光+余輝的工作模式解讀是連續(xù)在發(fā)光。LED有一半時間在工作，有一半時間在休息，因而發(fā) 熱得以減少40-20%。因此AC LED的使用壽命較DC LED長。
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6. LED驅(qū)動電路工作原理
網(wǎng)友提問：這份LED驅(qū)動電路中各元件分別起什么作用?是如何工作的?
專家回復(fù)：上圖是驅(qū)動3顆1W白光LED的電原理圖，它是12~24V電壓范圍里交直流兩用的。
D1~D4組成整流橋，這個橋有兩個功能，在輸入是交流電源的時候，把交流整流成直流;在輸入是直流電源的時候，起極性轉(zhuǎn)換作用，無論輸入電源的極性如何，都能保證電路正常工作。
CIN是濾波電容，把脈沖直流變換成平滑的直流。 RS是取樣電阻，它決定恒流源的絕對精度。 L是整流電感，把100KHz的脈沖電流變換成三角波電流，L的電感量會影響工作電壓范圍內(nèi)恒流源的穩(wěn)定性。
D5是續(xù)流二極管，在晶片內(nèi)部MOS管處于截止狀態(tài)時為儲存在電感中的電流提供放電回路。由于工作在高頻脈沖狀態(tài)，D5應(yīng)選用正向壓降小，恢復(fù)速度快的肖特基二極體。
芯片的DIM端可外接PWM脈沖或直流電壓調(diào)光，也可以接熱敏電阻作輔助溫度控制和自動亮度控制。如果不用這些功能，DIM端懸空。
7. LED日光燈明暗不均如何解決?
網(wǎng)友提問： 23串12并，恒流電源，線路板上有明顯的明暗不均現(xiàn)象，測得電壓在3.02-3.08之間，單顆燈試,3.1v時暗區(qū)的電流為10-15ma 亮區(qū)在20ma左右 ，請教這是怎么回事?
專家回復(fù)：可能是PCB布線不好，活著鋁基PCB板有漏電，可用分段割斷的方法來尋找，只是比較費時罷了。0.06W的LED光源，理論工作電流是20mA，一般做燈具為防LED早衰，可設(shè)計在15-18mA。
8. PWM恒流LED驅(qū)動芯片設(shè)計日光燈電源問題
網(wǎng)友提問：最近在用一款PWM恒流LED驅(qū)動芯片做日光燈電源, 出現(xiàn)以下問題:
a, 恒流源不恒流,在輸入80V-250V電壓變化過程中,電流先增大,后減小,且變化范圍比較大,電感換過很多個(電感都是自制,從500uH-3mH),問題依舊
b,使用的MOS管是5N5001,測試DS兩端電壓,在輸入150V左右時,數(shù)字萬用表開始亂跳.
專家回復(fù)：
a. PWM LED驅(qū)動IC組成的LED日光燈電源方案在Vin小范圍變化時,對于固定負載是恒流的。當(dāng)Vin大幅度變化時它需要有一個響應(yīng)時間，當(dāng)線路設(shè)計不好或PCB板設(shè)計不好時，應(yīng)當(dāng)在Vin變化時，Iout也會有一定的變化。
b. 用數(shù)字萬用表測試DS電壓是不合理的,如果想看該電壓該用示波器看。
9. LED閃爍問題
網(wǎng)友提問：驅(qū)動鹵素?zé)舻臅r候降低電壓，鹵素?zé)袅炼冉档?，沒其他變化。驅(qū)動LED時降低電壓，LED在一定程度上會發(fā)生閃爍。為什么呢?
專家回復(fù)：鹵素?zé)羰羌冸娮柝撦d，因此鹵素?zé)綦娮幼儔浩髋c其配合能很好的工作。而LED燈具是容性阻抗+感性阻抗的負載，鹵素?zé)綦娮幼儔浩鹘邮躄ED燈負載 時它輸出的能力會大大下降，表現(xiàn)為輸出電壓由12V驟降至7V，如是8V啟動的驅(qū)動IC即進入欠壓保護狀態(tài)，此時鹵素?zé)綦娮幼儔浩鬏敵鲭妷河稚?2V， 如此周而復(fù)始，使你見到LED燈在閃爍。解決方案是選用啟動電壓低于6V的驅(qū)動IC。
10. 水下燈應(yīng)該如何設(shè)計?
網(wǎng)友提問：水下燈應(yīng)該如何設(shè)計?有哪些問題要注意?LED燈珠炸是不是由沖擊電流造成的?如何解決?
專家回復(fù)：從安全的角度來說,水下燈要求采用低壓隔離供電，盡可能使用國際通用的AC 36V以下電源，因此AC24V、AC12V都是可選用的標準電源。
長距離送電會造成電壓下降，可增加銅線直徑來補償。此外， AC在線間傳輸比DC在線間傳輸損耗要小。
水底燈大多采用AC24V安全電源，因此完全可以選用Vin=6-30V、Iout=1.2A，系統(tǒng)應(yīng)用零部件很少的PT4115來做驅(qū)動電源，它用四個肖特基二極管做整流橋，一個濾波儲能電容器、一個輸出電流設(shè)定電阻、一個續(xù)流肖特基二極管和一個續(xù)流電感器。
電網(wǎng)載荷瞬時突變會引起電流浪涌，可在電路上加保護器件來有效抑制。早期的9910IC都有“炸燈珠”毛病，需要靠應(yīng)用電路來改進。
11. LED亮度不均問題
網(wǎng)友提問：要做一款60W功率LED太陽能路燈,用兩個12V的電池組串聯(lián)儲存太陽能(單個電池組放電電壓在10.8-15V左右),路燈的供電電壓在 21.6-30V之間. 計劃采用用2個分別可以驅(qū)動30W的驅(qū)動單元，采用兩個6串5并的方式.驅(qū)動器選擇可PWM調(diào)光的BUCK芯片.但是實際出現(xiàn)LED亮度不均問題，該問題 怎么解決?
專家回復(fù)：這是一個很典型的錯誤設(shè)計。Buck電路僅僅在LED串的正向電壓低于電池電壓時才能采用，而且必須要預(yù)留一定的電壓富余量，否則即便Buck進入100%占空比狀態(tài)也不能得到設(shè)定的電流。
其他建議者建議使用某種品牌的器件，可是我們知道架構(gòu)的選擇和品牌是沒有關(guān)系的，這就像物理學(xué)的基本定律的正確與否與其提出者的國籍沒有關(guān)系一樣。
此設(shè)計的正確選擇是采用Buck-Boost架構(gòu)。Buck-Boost架構(gòu)的最佳應(yīng)用條件是輸出電壓在輸入電壓的變化范圍之內(nèi)，但超出范圍以外時也一樣可用，可以稱為全能型架構(gòu)。
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