LED照明電源電路設(shè)計(jì)典型問答

LED驅(qū)動(dòng)方案選型討論

1. LED驅(qū)動(dòng)IC特點(diǎn)與選擇

網(wǎng)友提問：LED驅(qū)動(dòng)必須用專用LED驅(qū)動(dòng)IC嗎?與普通IC相比有何優(yōu)缺點(diǎn)呢?

專家回復(fù)：LED驅(qū)動(dòng)專用IC的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)用恒流源主要是保證LED在發(fā)光的工作時(shí)間段光線亮度一致、不閃爍。低價(jià)手機(jī)用LDO來驅(qū)動(dòng)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(jī)設(shè)計(jì)鋰電池電壓降致3.3V時(shí)關(guān)機(jī)。LED照明燈具用LDO來驅(qū)動(dòng)就不是好方法了，LDO不能恒流。

網(wǎng)友提問：那么國(guó)產(chǎn)和外國(guó)LED驅(qū)動(dòng)IC又該怎樣選擇?

專家回復(fù)：LED驅(qū)動(dòng)IC很多，性價(jià)比各不相同，關(guān)鍵看設(shè)計(jì)產(chǎn)品的目標(biāo)價(jià)位是多少，如求競(jìng)爭(zhēng)能力和較多利潤(rùn)，本土IC產(chǎn)品也不錯(cuò)。

2. LED驅(qū)動(dòng)電源選擇和設(shè)計(jì)問題

網(wǎng)友提問：選擇和設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電源時(shí)要考慮哪些問題

專家回復(fù)：LED驅(qū)動(dòng)電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下：LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)電源的特性要求，在選擇和設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電源時(shí)要考慮以下問題。

a.高可靠性 特別像LED路燈的驅(qū)動(dòng)電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費(fèi)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(duì)延緩LED的光衰有利。

c.驅(qū)動(dòng)方式 現(xiàn)在通行的有兩種：其一是一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源，每個(gè)恒流源單獨(dú)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(yùn)行。怎樣選擇啟動(dòng)方式要根據(jù)實(shí)際需要。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會(huì)較好。也許是以后的主流方向。

d.浪涌保護(hù) 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(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌，有些浪涌會(huì)導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入，保護(hù)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(fù)反饋功能;外部防護(hù)方面，要防水、防潮，外殼要耐曬;驅(qū)動(dòng)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(dòng)IC發(fā)展方向

專家講解： 照明用LED 驅(qū)動(dòng)IC發(fā)展方向

LED光源是一種長(zhǎng)壽命光源，理論壽命可達(dá)50000小時(shí)，但是應(yīng)用電路設(shè)計(jì)不合理、電路元器件選用不當(dāng)、LED光源散熱不好，都會(huì)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(shí)以下，這就成了制造長(zhǎng)壽命LED燈具技術(shù)的攔路虎，設(shè)計(jì)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(dòng)IC是可行的解決方案。

此外，對(duì)新一代LED驅(qū)動(dòng)IC的設(shè)計(jì)必須打破傳統(tǒng)的DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)綦娮幼儔浩魉a(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(dòng)IC在多種應(yīng)用電路中能過EMC、安規(guī)、CE、UL等認(rèn)證;應(yīng)用電路力求簡(jiǎn)潔、使用元器件少也是客戶降低成本所夢(mèng)寐以求，和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(zhēng)焦點(diǎn);提高PWM控制器的占空比等等。

0.5W-3W的LED光源與LED 驅(qū)動(dòng) IC集成在一個(gè)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(dòng) 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(dòng)發(fā)光的新一代、特殊拓?fù)浣Y(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(jì)元。

4. 隔離型與非隔離型驅(qū)動(dòng)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(dòng)方案中，隔離型與非隔離型兩種驅(qū)動(dòng)方案相比較各自有何優(yōu)缺點(diǎn)?如何選用

專家回復(fù)：總的來說，隔離型驅(qū)動(dòng)安全但效率較低，非隔離型驅(qū)動(dòng)效率較高，應(yīng)按實(shí)際使用的要求來選隔離型還是非隔離型驅(qū)動(dòng)。

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(duì)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(duì)電路較簡(jiǎn)單，因而成本也相對(duì)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(dòng)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(dòng)的LED技術(shù)

網(wǎng)友提問： 用AC直接驅(qū)動(dòng)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(cuò)的矩陣式排列工藝均分為五串，AC LED晶粒串組成類似一個(gè)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(lán)色通路流動(dòng)，3串LED晶粒發(fā)光，負(fù)半周沿綠色通路流動(dòng)，又有3串LED晶粒發(fā)光，四個(gè)橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光，相對(duì)橋臂上的LED晶粒同時(shí)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(huì)以每秒60次的頻率輪替點(diǎn)亮。整流橋取得的直流是脈動(dòng)直流，LED的發(fā)光也是閃動(dòng)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(duì)流動(dòng)光點(diǎn)記憶是有惰性的，結(jié)果人眼對(duì)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(shí)間在工作，有一半時(shí)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(zhǎng)。

AC LED成熟的產(chǎn)品如首爾用于AC110C的AX3201、AX3211和用于220V的AX3221、AX3231。

工程師LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)問題解答

1. 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(cè)得電壓在3.02-3.08之間，單顆燈試，3.1v時(shí)暗區(qū)的電流為10-15ma 亮區(qū)在20ma左右 ，請(qǐng)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(fèi)時(shí)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(jì)在15-18mA。

2. PWM恒流LED驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)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(dòng)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(gè)(電感都是自制，從500uH-3mH)，問題依舊

b，使用的MOS管是5N5001，測(cè)試DS兩端電壓，在輸入150V左右時(shí)，數(shù)字萬用表開始亂跳。

專家回復(fù)：

a. PWM LED驅(qū)動(dòng)IC組成的LED日光燈電源方案在Vin小范圍變化時(shí)，對(duì)于固定負(fù)載是恒流的。當(dāng)Vin大幅度變化時(shí)它需要有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)線路設(shè)計(jì)不好或PCB板設(shè)計(jì)不好時(shí)，應(yīng)當(dāng)在Vin變化時(shí)，Iout也會(huì)有一定的變化。

b. 用數(shù)字萬用表測(cè)試DS電壓是不合理的，如果想看該電壓該用示波器看。

3. LED閃爍問題

網(wǎng)友提問：驅(qū)動(dòng)鹵素?zé)舻臅r(shí)候降低電壓，鹵素?zé)袅炼冉档停瑳]其他變化。驅(qū)動(dòng)LED時(shí)降低電壓，LED在一定程度上會(huì)發(fā)生閃爍。為什么呢?

專家回復(fù)：鹵素?zé)羰羌冸娮柝?fù)載，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(fù)載，鹵素?zé)綦娮幼儔浩鹘邮躄ED燈負(fù)載時(shí)它輸出的能力會(huì)大大下降，表現(xiàn)為輸出電壓由12V驟降至7V，如是8V啟動(dòng)的驅(qū)動(dòng)IC即進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)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(dòng)電壓低于6V的驅(qū)動(dòng)IC。

4. 水下燈應(yīng)該如何設(shè)計(jì)?

網(wǎng)友提問：水下燈應(yīng)該如何設(shè)計(jì)?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(guó)際通用的AC 36V以下電源，因此AC24V、AC12V都是可選用的標(biāo)準(zhǔn)電源。

長(zhǎng)距離送電會(huì)造成電壓下降，可增加銅線直徑來補(bǔ)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(dòng)電源，它用四個(gè)肖特基二極管做整流橋，一個(gè)濾波儲(chǔ)能電容器、一個(gè)輸出電流設(shè)定電阻、一個(gè)續(xù)流肖特基二極管和一個(gè)續(xù)流電感器。

電網(wǎng)載荷瞬時(shí)突變會(huì)引起電流浪涌，可在電路上加保護(hù)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(jìn)。

5. LED亮度不均問題

網(wǎng)友提問：要做一款60W功率LED太陽(yáng)能路燈，用兩個(gè)12V的電池組串聯(lián)儲(chǔ)存太陽(yáng)能(單個(gè)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(jì)劃采用用2個(gè)分別可以驅(qū)動(dòng)30W的驅(qū)動(dòng)單元，采用兩個(gè)6串5并的方式。驅(qū)動(dòng)器選擇可PWM調(diào)光的BUCK芯片。但是實(shí)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(gè)很典型的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)。Buck電路僅僅在LED串的正向電壓低于電池電壓時(shí)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(jìn)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(guó)籍沒有關(guān)系一樣。

此設(shè)計(jì)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(shí)也一樣可用，可以稱為全能型架構(gòu)。

關(guān)于中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失的探討總結(jié)

話題：深圳42家LED產(chǎn)學(xué)研重點(diǎn)單位共同簽署標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟協(xié)議，標(biāo)志著深圳LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工作啟動(dòng)。然而有人懷疑，因?yàn)橹袊?guó)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上僅有一個(gè)成功案例(TD-SCDMA)，其它都在集團(tuán)利益斗爭(zhēng)中夭折或成為怪胎。圍繞這個(gè)話題，我們展開下對(duì)LED技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的討論，行業(yè)希望產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟做些什么?它能做到什么?

網(wǎng)友觀點(diǎn)總結(jié)：

對(duì)于LED標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行業(yè)的影響，行業(yè)人士都持積極態(tài)度，一位LED專家認(rèn)為，這是一個(gè)非常積極的舉措。目前LED產(chǎn)業(yè)處于“春秋戰(zhàn)國(guó)”時(shí)代，無標(biāo)準(zhǔn)的雜亂低級(jí)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)LED的發(fā)展是非常不利的。深圳市政府高屋建瓴，簽署標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟協(xié)議，對(duì)促進(jìn)LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)和占領(lǐng)市場(chǎng)先機(jī)有著里程碑式的戰(zhàn)略意義!另一位LED行業(yè)人士也表示：沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)業(yè)良莠不齊，質(zhì)量低劣的產(chǎn)品會(huì)使整個(gè)社會(huì)對(duì)LED照明產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生不信任，給產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來致命損害。

LED標(biāo)準(zhǔn)由誰來制定

網(wǎng)友ezcui認(rèn)為，這一事件表明了民間要求統(tǒng)一LED標(biāo)準(zhǔn)的迫切愿望，能有效鞭策有關(guān)部門加快國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定出臺(tái)日程表。網(wǎng)友水手認(rèn)為這一舉措重在象征意義，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)由國(guó)家出面制定，要把全國(guó)的技術(shù)資源和市場(chǎng)資源集中起來，才有可能成功實(shí)施。網(wǎng)友Microsoft甚至說，小打小鬧，今天訂個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，明天就被國(guó)標(biāo)推翻。對(duì)此觀點(diǎn)，不少網(wǎng)友持反對(duì)態(tài)度，網(wǎng)友簡(jiǎn)單點(diǎn)說，深圳LED企業(yè)數(shù)量占全國(guó)40%，年產(chǎn)值占全國(guó)60%以上，在此基礎(chǔ)上制定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行業(yè)發(fā)揮有好處是肯定的。網(wǎng)友空中堡壘說，深圳的標(biāo)準(zhǔn)如果成功的的引導(dǎo)了LED企業(yè)的話，那么他也許會(huì)從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)此觀點(diǎn)，不少網(wǎng)友持反對(duì)態(tài)度，網(wǎng)友簡(jiǎn)單點(diǎn)說，深圳LED企業(yè)數(shù)量占全國(guó)40%，年產(chǎn)值占全國(guó)60%以上，在此基礎(chǔ)上制定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)行業(yè)發(fā)揮有好處是肯定的。網(wǎng)友空中堡壘說，深圳的標(biāo)準(zhǔn)如果成功的的引導(dǎo)了LED企業(yè)的話，那么他也許會(huì)從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上升到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

中國(guó)LED技術(shù)實(shí)力薄弱，制定標(biāo)準(zhǔn)是否有意義

網(wǎng)友Helen認(rèn)為，我國(guó)的LED產(chǎn)業(yè)在核心即關(guān)鍵技術(shù)上輸給了國(guó)際大企業(yè)，對(duì)于本身就處于行業(yè)下游的中國(guó)企業(yè)來講，無論是深圳還是全中國(guó)，在不利的競(jìng)爭(zhēng)中，強(qiáng)行制定自己的“LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”意義不大。網(wǎng)友fdqx說，標(biāo)準(zhǔn)的制定最常見的有兩類，一是有國(guó)家強(qiáng)制推行，另一則是由有實(shí)力的公司組成聯(lián)盟并且推出實(shí)用暢銷的相關(guān)產(chǎn)品?，F(xiàn)在的實(shí)際情況兩者都不是。

網(wǎng)友一會(huì)兒則指出，目前，國(guó)內(nèi)沒有LED核心專利和技術(shù)，成立聯(lián)盟可以讓引導(dǎo)行業(yè)積極發(fā)展LED專利技術(shù)，及時(shí)應(yīng)對(duì)專利風(fēng)險(xiǎn)，另外，目前主要的LED技術(shù)將從2010年開始組建解除，中國(guó)成立LED產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，制定LED標(biāo)準(zhǔn)更有利于把握發(fā)展機(jī)遇。

標(biāo)準(zhǔn)如何制定

再一個(gè)討論的熱點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)如何制定，網(wǎng)友可樂認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)要適時(shí)制定才能更好的促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，另外，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是凈化行業(yè)的一桿標(biāo)尺，杜絕行業(yè)的良莠不齊、無序競(jìng)爭(zhēng)等現(xiàn)象的，提升大多數(shù)企業(yè)的自主創(chuàng)新的能力。但最終結(jié)果還要看各企業(yè)利益的協(xié)調(diào)結(jié)果。

網(wǎng)友中華英雄則為大家分析韓國(guó)率先制定LED照明標(biāo)準(zhǔn)，意圖使其成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的過程，提出一些中國(guó)要借鑒的經(jīng)驗(yàn)，主要包括，如何協(xié)調(diào)行業(yè)各方利益，如何保障行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的順利實(shí)施。