LED照明驅(qū)動電路失效機(jī)理的深入解析

　　節(jié)能 1.引言

　　近幾年從事LED制造、和研發(fā)的人員大大增加。LED企業(yè)亦如雨后春筍般成長。由于從事LED驅(qū)動研發(fā)的企業(yè)和人眾多，其技術(shù)水平參差不齊，研發(fā)出來的LED驅(qū)動電路質(zhì)量好壞不一。導(dǎo)致LED燈具的失效時常發(fā)生，阻礙了LED照明的時常推廣。LED燈具失效一是來源于電源和驅(qū)動的失效，二是來源于LED器件本身的失效。本文試著從實際的LED電源驅(qū)動電路這一方面，分析其電路的工作原理，然后試著從在不同環(huán)境下的LED驅(qū)動電路下，分析各種工作敏感參數(shù)對失效的影響，來進(jìn)行失效模式的分析，最后，通過仿真來驗證結(jié)果。并從理論上給出失效的解決方案。

　　2.LED驅(qū)動電路原理

　　LED是一種半導(dǎo)體材料制造而成發(fā)光二極管，只能夠單向?qū)ǎ移鋵?dǎo)通電壓不高，正向?qū)娏饕膊荒芴?，所以對LED的供電電源有了一定的要求，這時LED驅(qū)動電路應(yīng)運(yùn)而生。實際使用中，大多數(shù)的LED產(chǎn)品都是使用交變電源作為LED驅(qū)動電路的電源輸入，通過驅(qū)動電路變成穩(wěn)壓輸出形式或者恒流輸出形式的一種電路。LED驅(qū)動電路，根據(jù)不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)可以劃分為很多類型，目前以電路的驅(qū)動原理，可以劃分為兩大類：一類為線性驅(qū)動電路，一類為開關(guān)型驅(qū)動電路。

　　2.1線性驅(qū)動電路

　　線性驅(qū)動電路原理圖如圖1所示，從結(jié)構(gòu)上一般都包含了以下的幾部分，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路。

　　圖1 LED線性驅(qū)動電路圖

　　圖中運(yùn)用全波橋式整流，使交變電源整流成單向的脈動電壓。濾波電路采取RC濾波，由濾波電路濾波出來的電壓值已經(jīng)比較接近于直流電源了，但是，由于電網(wǎng)上的電壓波動，導(dǎo)致驅(qū)動電路的輸出電壓發(fā)生波動，這對于LED來講，是致命的。所以濾波之后的電壓需要加上一個穩(wěn)壓電路。以使線性驅(qū)動電路可以保持比較平穩(wěn)的電壓來驅(qū)動LED。

　　在線性驅(qū)動電路中，LED的亮度與通過電流成函數(shù)關(guān)系，而與加在LED上面的壓降無關(guān)。從上面的電路原理圖可以看出，線性LED驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，研發(fā)周期短，生產(chǎn)成本低，體積小巧，而且，由于沒有使用很多的大容量電容和電感，電路設(shè)計上不需要考慮EMI問題?？梢赃m用于低電流照明系統(tǒng)。

　　2.2開關(guān)型驅(qū)動電路

　　開關(guān)型驅(qū)動電路原理圖如圖2所示，是將輸入的交變電壓通過整流電路整流和濾波穩(wěn)壓之后，通過開關(guān)狀態(tài)，來控制LED的電流或者電壓，使LED可以平穩(wěn)地發(fā)光。下面給出一個典型的開關(guān)型的驅(qū)動電路來逐步分析開關(guān)型驅(qū)動電路的工作狀態(tài)。

　　圖2 開關(guān)行LED驅(qū)動電路圖

　　從圖2可見，開關(guān)型LED驅(qū)動電路可以劃分為以下的幾部分：低頻整流濾波電路、自激振蕩電路、穩(wěn)壓電路、取樣脈寬調(diào)整電路和高頻整流濾波電路等。市電交流220V通過12V的變壓器降壓，然后經(jīng)過橋式整流二極管3N258和電容C2組成低頻整流濾波電路，轉(zhuǎn)換成一個類直流電電源。功率三極管Q1、Q2、Q3和電容C5電阻R2組成一個自激震蕩電路，其中Q2是PNP管，為脈寬調(diào)整管，Q1和Q3一個為PNP管，一個為NPN管，兩個管子復(fù)合組成開關(guān)調(diào)整器，C5、R2通過調(diào)整參數(shù)可以設(shè)置器振蕩頻率。利用這個自激振蕩電路，可以將類直流電源轉(zhuǎn)化為一個高頻的脈沖信號。高頻信號的頻率可以通過選頻特性算出。可以調(diào)整高頻脈沖的占空比，來調(diào)整設(shè)備輸出的能量。電流流經(jīng)電感時，會在L的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，當(dāng)電流消失時，感應(yīng)電動勢會在電路的兩端產(chǎn)生一個反向電壓，若這個反向電壓大于某些元器件的反向擊穿電壓時，將會損壞這些器件。利用一個續(xù)流二極管D2并聯(lián)在電感的兩端，通過R4和C6組成的回路，使這個反向的感應(yīng)電動勢有一個泄通回路。