LED驅(qū)動(dòng)電源的正確選取方法及器件配置

由于LED節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)、耐用及設(shè)計(jì)靈活，目前LED正在快速取代室內(nèi)和室外照明設(shè)備中的白熾燈和熒光燈。但選擇正確的LED只是設(shè)計(jì)方程的一部分。 為了使您的固態(tài)照明設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)全面的效率、耐久性和使用壽命，您需要選擇合適的電源，把您的應(yīng)用要求和所使用的LED相匹配。本文將為您提供一些有用的建議，在選擇電源過(guò)程中需要考慮的地方。

相關(guān)背景介紹

LED的電源電壓一旦等于或大于二極管的正向壓降(通常在2-3V的區(qū)域)，LED就開始產(chǎn)生光。完全亮度所需的電流因設(shè)備而異，但對(duì)于1W的LED(通常是照明應(yīng)用中最小的尺寸)通常為350mA。與白熾燈不同，LED是非線性設(shè)備。這意味著一旦電源電壓超過(guò)二極管的正向電壓，通過(guò)的電流隨著電源電壓而呈指數(shù)增長(zhǎng)。沒有某種形式的電流調(diào)節(jié)，LED芯片將成為昂貴的、單穩(wěn)態(tài)閃光燈泡。

為了防止這種情況，電源必須在合適的電流下提供合適的電壓。最簡(jiǎn)單的方法是選擇一個(gè)輸出電壓大于所選LED正向電壓的電源，并使用限流電阻將電流限制在LED制造商指定的最大值。這種方法的缺點(diǎn)是，LED照明的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)高效率會(huì)受到限流裝置耗散的功率的影響。

這種方法的另一個(gè)問(wèn)題是LED結(jié)溫影響了正向電壓。由于電源的輸出電壓是固定的，這反過(guò)來(lái)意味著如果限流裝置兩端的電壓發(fā)生變化，因此電流也會(huì)改變。變化的電流將影響發(fā)射的光量，降低LED的可靠性。最好的方法是用恒定電流源驅(qū)動(dòng)LED。這樣，可以將電流設(shè)置為L(zhǎng)ED制造商指定的最大值，以實(shí)現(xiàn)最大的效率和可靠性，或者實(shí)現(xiàn)所需的精確亮度，并且還可以在LED或環(huán)境溫度變化時(shí)消除結(jié)溫的影響。

在照明應(yīng)用中，使用LED的一個(gè)好處是易于改變亮度。這可以通過(guò)改變通過(guò)LED的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是，以小于其最大電流運(yùn)行LED會(huì)降低效率并且可能導(dǎo)致顏色的輕微變化。因此，更好的方法是將電流在零和最大值之間進(jìn)行脈沖以改變發(fā)射的平均光。只要這是在足夠高的頻率完成的，以避免脈沖被人眼看作是閃光，這是實(shí)現(xiàn)調(diào)光的最佳方式。電流的脈沖通常以固定頻率進(jìn)行，零與全電流的比值發(fā)生變化。這是脈寬調(diào)制(PWM)方法。

選擇電源

為照明應(yīng)用選擇電源的類型將基于幾個(gè)因素。首先，考慮應(yīng)用運(yùn)行的環(huán)境。應(yīng)用是在室內(nèi)還是室外?電源是否需要防水或需要特殊的IP等級(jí)?電源是否能夠使用傳導(dǎo)冷卻或只使用對(duì)流冷卻?

接下來(lái)，要定義整體功率要求。單個(gè)燈具可能只需要一個(gè)小的電源，但一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可能需要提供數(shù)百瓦的電源。另外，還需要其他功能嗎?例如，電源是否需要在簡(jiǎn)單的恒壓模式還是恒流模式下工作，應(yīng)用是否需要調(diào)光?

法規(guī)和規(guī)定很重要

那么，現(xiàn)在是考慮法規(guī)的時(shí)候了。整個(gè)系統(tǒng)是否需要在一定的諧波電流范圍內(nèi)運(yùn)行?它是否需要符合照明的安全標(biāo)準(zhǔn)，還是ITE電源就足夠了?而在這個(gè)能源敏感的時(shí)代，電源如何有效地滿足當(dāng)?shù)鼗騾^(qū)域標(biāo)準(zhǔn)?

同樣重要的是，在一些地方政府機(jī)構(gòu)會(huì)向符合特定效率和功率因數(shù)校正水平的產(chǎn)品提供折扣或其他補(bǔ)貼，產(chǎn)品有在這些地方出售嗎?同樣，了解您的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是否符合要求，這一點(diǎn)也很重要，包括關(guān)閉電源時(shí)電源耗電量的任何要求。

安全標(biāo)準(zhǔn)

適用于照明系統(tǒng)的有各種標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際上，IEC61347第1部分涵蓋了燈具控制裝置的一般安全要求，和第2部分第13(2)節(jié)適用于LED模塊電源。美國(guó)有UL8750，歐洲有EN61347，都是以章節(jié)命名的IEC格式。

諧波電流

照明應(yīng)用通常要求諧波電流發(fā)射要滿足EN61000-3-2的要求，而照明類別為C類。在此類別中，對(duì)于25W以上有源輸入功率的有一組限制，對(duì)于25W及以下的則為另一套。但是，該標(biāo)準(zhǔn)僅提及25W及以下的放電照明。

為了滿足25W以上的限制，通常需要功率因數(shù)校正，并且由于限制是以安培數(shù)的百分比計(jì)算而不是絕對(duì)值計(jì)算，所以最好使用專門用于照明應(yīng)用的電源，而不是ITE型電源。但是，只要照明負(fù)載高于電源滿負(fù)荷額定值的40-50%，ITE電源可能會(huì)達(dá)到極限。

這邊舉一個(gè)例子，XP Power的IP67級(jí)DLE系列是專為L(zhǎng)ED照明應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電源系列。該系列產(chǎn)品包括15，25，35和60瓦特型號(hào)，符合EN61347和UL8750安全規(guī)范。

圖1. 一個(gè)示例LED電源，來(lái)自XP Power的15 - 60瓦特DLE系列。

LED配置

一些照明應(yīng)用可能只使用一個(gè)LED。這種使用的功率通常約為1W，正向電壓在2-3V的范圍內(nèi)，正向電流約為350mA。雖然這會(huì)產(chǎn)生明亮的光源，但更可能的是，LED會(huì)被用于單個(gè)照明燈具或一組燈具中的某種陣列，以產(chǎn)生更明亮和更均勻的光源。LED通常用于四種配置中的一種配置。將LED串聯(lián)、并聯(lián)或矩陣(串聯(lián)和并聯(lián)組合)配置使其從單個(gè)電源驅(qū)動(dòng)。第四種配置使用多個(gè)通道，需要多個(gè)電源。

串聯(lián)配置

圖2 - LED串聯(lián)連接

在串聯(lián)配置中，各個(gè)LED串聯(lián)布置。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，相同的電流經(jīng)過(guò)它們中的每一個(gè)，導(dǎo)致發(fā)出的光亮度相同。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果一個(gè)LED在短路中出現(xiàn)故障，其他LED不受影響，仍然亮著。缺點(diǎn)是如果一個(gè)LED在開路中出現(xiàn)故障，則電流將被中斷，其他所有LED都熄滅。另一個(gè)缺點(diǎn)是，如果需要許多LED來(lái)產(chǎn)生所需的光量，則正向電壓的總和可能需要使用相當(dāng)高的輸出電壓的電源。

并聯(lián)配置

圖3 - LED并聯(lián)連接

當(dāng)并聯(lián)連接時(shí)，LED仍然可以串聯(lián)布置在兩個(gè)或更多個(gè)LED串中。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于相同數(shù)量的LED即相同的亮度，電源可以有較低的輸出電壓，因?yàn)槊總€(gè)串中的LED的數(shù)量可以減少。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果在一個(gè)串中的一個(gè)LED變成開路，則其他串不受影響，燈具仍然可以發(fā)光，但亮度降低。缺點(diǎn)是由于每個(gè)串中存在稍微不同的正向電壓，每個(gè)串中的電流不能由單個(gè)電源精確控制，因此每個(gè)串可能需要一個(gè)電流平衡裝置，這會(huì)降低整體效率。