LED照明特點及其驅(qū)動器類型

半導(dǎo)體照明與一般光伏電源配用的節(jié)能燈泡相比具有節(jié)能、長壽、安全、環(huán)保、色彩豐富、體積小、耐閃爍、可靠性高、調(diào)控方便等諸多優(yōu)點。發(fā)光二極管作為一種新型照明光源正在獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

一、半導(dǎo)體照明特點

電子元件二極管中半導(dǎo)體發(fā)光二極管是常用的一種類型。發(fā)光二極管又稱為光發(fā)射二極管(LightEmittingDiode,簡寫為LED)，是一種可將電能變?yōu)楣饽艿囊环N器件，屬于固態(tài)光源。LED是半導(dǎo)體器件通過PN結(jié)實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，它有如下的特點：

(一)壽命長，響應(yīng)快

一般來說，普通白熾燈的壽命約為1000h,熒光燈壽命約10000h,而LED的壽命可達(dá)2--10萬h,可見壽命長的多。LED發(fā)光的相應(yīng)快，它的相應(yīng)時間為納秒級，熒光燈為0.1ms,日光燈一般為毫秒級。

(二)體積小，結(jié)構(gòu)牢固

LED是用環(huán)氧樹脂封裝固態(tài)光源，其結(jié)構(gòu)既不像白熾燈有玻璃泡、燈絲等易損壞部件，也不象熒光燈有體積大的燈管和附件，它是一種全固態(tài)結(jié)構(gòu)，因此能經(jīng)得起震動、沖擊而不至損壞，而且體積也相對減小，重量也輕，成本低。綜上所述，LED是一種符合綠色照明要求的光源。

(三)安全、節(jié)能、不引起環(huán)境污染

發(fā)光二極管的正向工作電壓低，為(1.5-3.0)V,工作電流小，為(5-150)MA,由此工作安全性好。LED在發(fā)光過程中，只有很少一部分的電能變?yōu)闊崮?，大部分都變?yōu)榱斯饽埽雽?dǎo)體燈采用發(fā)光二極管作為新光源，在與普通白熾燈保持同樣亮度下，其耗電量僅為后者的十分之一，因此能耗小。隨著技術(shù)的進步，它將成為一種新型的照明光源。目前白光LED的光效已經(jīng)達(dá)到401m/W,優(yōu)于白熾燈，次于熒光燈(60lm/w~200lm/W)。此外，現(xiàn)在使用的白熾燈工作的過程中，發(fā)出過多的熱量，影響環(huán)境溫度;而廣泛使用的熒光燈、汞燈等光源中含有危害人體健康的汞。這樣在發(fā)光過程和廢棄的燈管都會對人體的人身健康和環(huán)境造成危害。而LED則沒有這些問題，是一種無污染的光源。

二、控制電路主要功能和結(jié)構(gòu)

控制電路要實現(xiàn)的主要功能是：第一通過控制，實現(xiàn)能量的傳遞，要求保證兩個晶體管的驅(qū)動脈沖寬度要高等，使正、反向平均磁通相等，不產(chǎn)生偏磁;起動時，一定要限制脈寬，即必須要軟起動，使脈寬在啟動最初若干個周期中慢慢上升;防止直通;第二輸入與輸出要隔離;第三輸出電壓穩(wěn)定;第四電路的過流保護;

白色發(fā)光LED照明特點及其驅(qū)動器類型

控制電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，PWM控制部分實現(xiàn)占空比大范圍可調(diào)，即輸出電壓大范圍可調(diào)，為了防止晶體管直通，占空比要小于45%.因此選擇TL494做為控制電路的主要元件。

三、驅(qū)動方式

實際制作半導(dǎo)體燈時，常常使用多只發(fā)光管，這就有個發(fā)光管的連接方式問題。對于發(fā)光管來說，應(yīng)該優(yōu)先選用串聯(lián)連接。

白色發(fā)光LED照明特點及其驅(qū)動器類型

發(fā)光管的管壓降呈現(xiàn)負(fù)的溫度系數(shù)，直接并聯(lián)。各并聯(lián)發(fā)光管管壓降不可能完全相同，這樣并聯(lián)管之間的電流就會略有差異，使用時管壓降略低的管電流略大，其溫升就會比其他相并聯(lián)的管高，溫升高的管管壓降會降低的比較多，這樣就導(dǎo)致其電流進一步加大，電流大引起更大的溫升，使其管壓降進一步降低，如此熱/電正反饋使電流逐漸向管壓降小的發(fā)光管偏移，最終導(dǎo)致其失效。因此，應(yīng)該優(yōu)先串聯(lián)使用發(fā)光管。串聯(lián)使用只有一個問題，即一只LED不亮導(dǎo)致此路其他發(fā)光管都不亮。但實際使用證明，在驅(qū)動電流正常的情況下，即使發(fā)光管自身發(fā)生故障一般也保持通路狀態(tài)，其他發(fā)光管照樣亮。如果驅(qū)動器損壞大電流沖擊燒毀發(fā)光管，常常會使發(fā)光管內(nèi)部引線燒斷開路，但是，驅(qū)動器都壞了就是發(fā)光管并聯(lián)整個燈也不亮了。所以還是應(yīng)該優(yōu)先選用發(fā)光管串聯(lián)結(jié)構(gòu)。如果使用的管數(shù)較多時全部串聯(lián)不可能，也只好連串帶并，但各串并聯(lián)管之間必須要有均流措施，最簡單的均流措施就是在每一串并聯(lián)管中串聯(lián)一個電阻n牽制電流的偏移。電阻上的壓降太大，使功耗增加，壓降太小則均流效果不好，一般可以取串聯(lián)LED燈總壓降的5%左右。

四、LED驅(qū)動器分類

實際應(yīng)用中驅(qū)動器按照工作特點可以分為兩大類：直流供電的驅(qū)動器和交流供電的驅(qū)動器。

(一)直流驅(qū)動器

直流驅(qū)動器使用直流電供電，根據(jù)不同的應(yīng)用可以有串聯(lián)降壓型;升壓型：變換器型三種電路結(jié)構(gòu)。

1、直流降壓型驅(qū)動器

直流降壓型驅(qū)動器的基本原理是用開關(guān)器件配合電抗性器件對外界電源降壓限流以后驅(qū)動發(fā)光管工作。串聯(lián)降壓型驅(qū)動器結(jié)構(gòu)簡單，變換效率比較高。串聯(lián)降壓驅(qū)動器比較適合用于輸入電壓和負(fù)載管壓降差別不太大的情況下驅(qū)動發(fā)光管。這種驅(qū)動器的主要缺點是一旦主開關(guān)器件損壞大電流會直接通過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。顯而易見，這種方案當(dāng)供電電壓低于負(fù)載管壓降時不能使用。

2、直流升壓型驅(qū)動器

直流升壓型驅(qū)動器的基本原理是用開關(guān)器件配合電抗性器件儲能升壓限流的方式工作的。升壓驅(qū)動器的變換效率也比較高。這種方案制作的驅(qū)動器的一個顯著的優(yōu)點是自身出現(xiàn)故障時不會損壞發(fā)光管。升壓型驅(qū)動器只能用在負(fù)載管壓降始終高于電源電壓的情況。如果負(fù)載管壓降低于電源電壓驅(qū)動器會失控，大電流直接經(jīng)過發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。輸入直流低電壓時所用的發(fā)光管數(shù)量少可以選用降壓驅(qū)動器也可以選用升壓驅(qū)動器，盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管。如果發(fā)光管數(shù)量多應(yīng)該選用升壓驅(qū)動器，也是盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管。