電源驅(qū)動LED的基本原理與具體方法

原始電源有各種形式，但無論哪種電源，一般都不能直接給LED供電。因此，要用LED做照明光源首先就要解決電源變換問題。LED實際上是一個電流驅(qū)動的低電壓單向?qū)щ娖骷?，LED驅(qū)動器應(yīng)具有直流控制、高效率、PWM調(diào)光、過壓保護、負載斷開、小型尺寸，以及簡便易用等特性。設(shè)計給LED供電的電源變換器時必須要注意以下事項。 　?、儆捎贚ED是單向?qū)щ娖骷砸弥绷麟娏骰蛘邌蜗蛎}沖電流給LED供電。 　?、谟捎贚ED是一個具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的半導體器件，具有勢壘電動勢，這就形成了導通門限電壓，所以加在LED上的電壓值必須超過這個門限電壓，LED才會充分導通。大功率LED的門限電壓一般在2.5V以上，正常工作時LED的壓降為3～4V。 　?、跮ED的電流、電壓特性是非線性的。因為流過LED的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動勢減去LED的勢壘電動勢后再除以回路的總電阻(電源內(nèi)阻、引線電阻、LED體電阻之和)，所以流過LED的電流和加在LED兩端的電壓不成正比。 　?、苡捎贚ED的PN結(jié)具有負的溫度系數(shù)，則溫度升高時LED的勢壘電動勢會降低。因此LED不能直接用電壓源供電，且必須采取限流措施，否則隨著LED工作時溫度的升高，電流會越來越大以致?lián)p壞LED。 　?、萘鬟^LED的電流和LED的光通量的比值也是非線性的。LED的光通量隨著流過LED的電流增加而增加，但卻不成正比，越到后來光通量增加得越少。因此，應(yīng)使LED在一個發(fā)光效率比較高的電流值下工作。 　　另外，LED也和其他光源一樣，其所能承受的電功率是有限的。如果加在LED上的電功率超過一定數(shù)值，LED可能損壞。由于生產(chǎn)工藝和材料特性方面的差異，同樣型號LED的勢壘電動勢及LED的內(nèi)阻也不完全一樣，這就導致LED工作時的壓降不一致，再加上LED勢壘電動勢具有負的溫度系數(shù)，因此LED不能直接并聯(lián)使用。 　　用原始電源給LED供電有4種情況：低電壓驅(qū)動、過渡電壓驅(qū)動、高電壓驅(qū)動、市電驅(qū)動。不同的情況在電源變換器技術(shù)的實現(xiàn)上有不同的方案。下面簡要地介紹上述幾種電源驅(qū)動LED的方法。 　　1.低電壓驅(qū)動LED 　　低電壓驅(qū)動就是指用低于LED正向?qū)▔航档碾妷候?qū)動LED，如用一節(jié)普通干電池或鎳鉻/鎳氫電池驅(qū)動LED，其正常供電電壓在0。8～1。65V之間。用低電壓驅(qū)動LED時需要把電壓升高到足以使LED導通的電壓值♂對于LED這樣的低功耗照明器件，低電壓驅(qū)動法是一種常見的使用情況，如LED手電筒、LED應(yīng)急燈、節(jié)能臺燈等。由于受單節(jié)電池容量的限制，低電壓驅(qū)動電源一般不需要很大功率，但要求有最低的成本和比較高的變換效率，考慮到有時有可能需配合一節(jié)5號電池工作，故還要其有最小的體積。最佳技術(shù)方案是選用電容式升壓變換器。 　　2.過渡電壓驅(qū)動LED 　　過渡電壓驅(qū)動是指給LED供電的電源的電壓值在LED壓降附近變動，這個電壓有時可能略高于LED的壓降，有時可能略低于LED的壓降。如由一節(jié)鋰電池或兩節(jié)串聯(lián)的鉛酸電池構(gòu)成的電源，電池充滿電時其電壓在4V以上，電池放電快結(jié)束時電壓在3V以下，典型應(yīng)用為LED礦燈。 　　過渡電壓驅(qū)動LED的電源變換電路既要解決升壓問題，還要解決降壓問題，為了配合一節(jié)鋰電池工作，也需要有盡可能小的體積和盡量低的成本。一般情況下其功率也不大，最高性價比的電路結(jié)構(gòu)是電感式升、降壓變換器。 　　3.高電壓驅(qū)動LED 　　高電壓驅(qū)動是指給LED供電的電源的電壓值始終高于LED的壓降，常見的電源有6V、12V、24V蓄電池。該方法的典型應(yīng)用如太陽能草坪燈、太陽能庭院燈、機動車的燈光系統(tǒng)等。高電壓驅(qū)動LED要解決降壓問題，由于高電壓驅(qū)動時一般是由普通蓄電池供電的，會用到比較大的功率，如機動車照明和信號燈光，因此應(yīng)該有盡量低的成本。變換器的最佳電路結(jié)構(gòu)是電感式降壓變換器。 　　4.市電驅(qū)動LED 　　采用市電驅(qū)動LED是最有實用價值的驅(qū)動方式，也是推廣LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用必須要解決好的問題。用市電驅(qū)動LED要解決降壓和整流問題，還要有比較高的變換效率，有較小的體積和較低的成本，還應(yīng)該解決安全隔離問題?？紤]到它對電網(wǎng)的影響，還要解決好電磁干擾和功率因數(shù)問題。對中、小功率的LED而言，其最佳電路結(jié)構(gòu)是隔離式單端反激變換器：對于大功率的應(yīng)用場合，應(yīng)該使用橋式變換電路。