電源驅(qū)動(dòng)LED的基本原理與具體方法

原始電源有各種形式，但無(wú)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(wèn)題。LED實(shí)際上是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)的低電壓?jiǎn)蜗驅(qū)щ娖骷琇ED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有直流控制、高效率、PWM調(diào)光、過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載斷開、小型尺寸，以及簡(jiǎn)便易用等特性。設(shè)計(jì)給LED供電的電源變換器時(shí)必須要注意以下事項(xiàng)。

①由于LED是單向?qū)щ娖骷?，所以要用直流電流或者單向脈沖電流給LED供電。

②由于LED是一個(gè)具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，具有勢(shì)壘電動(dòng)勢(shì)，這就形成了導(dǎo)通門限電壓，所以加在LED上的電壓值必須超過(guò)這個(gè)門限電壓，LED才會(huì)充分導(dǎo)通。大功率LED的門限電壓一般在2.5V以上，正常工作時(shí)LED的壓降為3～4V。

③LED的電流、電壓特性是非線性的。因?yàn)榱鬟^(guò)LED的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動(dòng)勢(shì)減去LED的勢(shì)壘電動(dòng)勢(shì)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(guò)LED的電流和加在LED兩端的電壓不成正比。

④由于LED的PN結(jié)具有負(fù)的溫度系數(shù)，則溫度升高時(shí)LED的勢(shì)壘電動(dòng)勢(shì)會(huì)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(shí)溫度的升高，電流會(huì)越來(lái)越大以致?lián)p壞LED。

⑤流過(guò)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(guò)LED的電流增加而增加，但卻不成正比，越到后來(lái)光通量增加得越少。因此，應(yīng)使LED在一個(gè)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(guò)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(hào)LED的勢(shì)壘電動(dòng)勢(shì)及LED的內(nèi)阻也不完全一樣，這就導(dǎo)致LED工作時(shí)的壓降不一致，再加上LED勢(shì)壘電動(dòng)勢(shì)具有負(fù)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(dòng)、過(guò)渡電壓驅(qū)動(dòng)、高電壓驅(qū)動(dòng)、市電驅(qū)動(dòng)。不同的情況在電源變換器技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上有不同的方案。下面簡(jiǎn)要地介紹上述幾種電源驅(qū)動(dòng)LED的方法。

1.低電壓驅(qū)動(dòng)LED

低電壓驅(qū)動(dòng)就是指用低于LED正向?qū)▔航档碾妷候?qū)動(dòng)LED，如用一節(jié)普通干電池或鎳鉻/鎳氫電池驅(qū)動(dòng)LED，其正常供電電壓在0。8～1。65V之間。用低電壓驅(qū)動(dòng)LED時(shí)需要把電壓升高到足以使LED導(dǎo)通的電壓值♂對(duì)于LED這樣的低功耗照明器件，低電壓驅(qū)動(dòng)法是一種常見(jiàn)的使用情況，如LED手電筒、LED應(yīng)急燈、節(jié)能臺(tái)燈等。由于受單節(jié)電池容量的限制，低電壓驅(qū)動(dòng)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(shí)有可能需配合一節(jié)5號(hào)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(guò)渡電壓驅(qū)動(dòng)LED

過(guò)渡電壓驅(qū)動(dòng)是指給LED供電的電源的電壓值在LED壓降附近變動(dòng)，這個(gè)電壓有時(shí)可能略高于LED的壓降，有時(shí)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(shí)其電壓在4V以上，電池放電快結(jié)束時(shí)電壓在3V以下，典型應(yīng)用為L(zhǎng)ED礦燈。

過(guò)渡電壓驅(qū)動(dòng)LED的電源變換電路既要解決升壓?jiǎn)栴}，還要解決降壓?jiǎn)栴}，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(jià)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(dòng)LED

高電壓驅(qū)動(dòng)是指給LED供電的電源的電壓值始終高于LED的壓降，常見(jiàn)的電源有6V、12V、24V蓄電池。該方法的典型應(yīng)用如太陽(yáng)能草坪燈、太陽(yáng)能庭院燈、機(jī)動(dòng)車的燈光系統(tǒng)等。高電壓驅(qū)動(dòng)LED要解決降壓?jiǎn)栴}，由于高電壓驅(qū)動(dòng)時(shí)一般是由普通蓄電池供電的，會(huì)用到比較大的功率，如機(jī)動(dòng)車照明和信號(hào)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(dòng)LED

采用市電驅(qū)動(dòng)LED是最有實(shí)用價(jià)值的驅(qū)動(dòng)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(wèn)題。用市電驅(qū)動(dòng)LED要解決降壓和整流問(wèn)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(wèn)題。考慮到它對(duì)電網(wǎng)的影響，還要解決好電磁干擾和功率因數(shù)問(wèn)題。對(duì)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(duì)于大功率的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)該使用橋式變換電路。