什么是LED驱动器？（LED驱动器简介）

LED驱动器简介

LED是特性敏感的半导体器件，并且具有负温度特性。因此，在应用过程中需要对其进行稳定和保护，从而产生了驱动的概念。LED器件对驱动功率几乎有苛刻的要求。与普通的白炽灯泡不同，LED可以直接连接到220V AC电源。

LED恒流驱动

LED由2至3伏的低压驱动。有必要设计一个复杂的转换电路。用于不同用途的LED灯必须配备不同的电源适配器。

在国际市场上，国外客户对LED驱动电源的效率转换，有效功率，恒定电流精度，电源寿命以及电磁兼容性有很高的要求。设计良好的电源时，必须综合考虑这些因素，因为电源是整个灯管中的电源。的作用与人的心脏一样重要。

当使用LED作为显示器或其他照明设备或背光时，需要以恒定电流驱动，主要原因是：

避免驱动电流超过最大额定值并影响其可靠性。
达到预期的亮度要求，并确保每个LED的亮度和色度的一致性。

LED驱动器的功能

根据电网的功率规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时应考虑以下几点：

高可靠性：特别像LED路灯的驱动电源。在高海拔地区维护困难且成本高昂。
高效率：LED的发光效率随着温度的升高而降低，因此散热非常重要，尤其是在灯泡中安装了电源。

LED是一种节能产品，具有高驱动功率效率，低功耗和灯内发热少的特性，有助于减少灯的温度升高并延迟LED的光衰减。

高功率因数：功率因数是负载上电网的要求。通常，对于70瓦以下的电器，没有强制性指标。尽管单个具有低功率的电器的功率因数很低，但对电网的影响很小。但是，如果在晚上打开灯，类似的负载将过于集中，这将对电网造成严重的负载。据说对于30瓦至40瓦的LED驱动电源，在不久的将来，可能会对功率因数有一定的指标要求。
恒流输出供电方式；

1）多通道恒流输出，组合灵活，一个LED故障，不影响其他LED的工作，成本略高。

2）直流恒流电源，LED串联或并联运行。成本略低，但是灵活性很差。一个LED发生故障，并影响其他LED的运行。

这两种形式共存一段时间。就成本和性能而言，多通道恒流输出电源模式将更好。也许这是未来的主流方向。

电涌保护：LED的抗浪涌能力相对较弱，尤其是抗反向电压的能力。加强这一领域的保护也很重要。一些LED灯安装在室外，例如LED路灯。由于电网负载的激活和雷击的感应，各种浪涌将从电网系统侵入，并且某些浪涌会损坏LED。因此，LED驱动电源必须具有抑制电涌侵入并保护LED不受损坏的能力。
保护功能：除了电源的常规保护功能外，最好在恒定电流输出上增加LED温度的负反馈，以防止LED温度过高。
防护方面：灯具安装在室外，电源结构应防水防潮，外壳应耐光。
驱动电源的寿命应与LED的寿命相匹配。

9.符合安全法规和电磁兼容性的要求。

LED驱动原理

正向电压降（VF）与正向电流（IF）之间的关系曲线。从曲线中可以看出，当正向电压超过某个阈值（大约2V）时（通常称为导通电压），可以近似地认为IF和VF成正比。有关当前主要超亮LED的电气特性，请参见下表。从表中可以看出，当前超亮LED的最高IF可以达到1A，而VF通常为2至4V。

由于通常将LED的光特性描述为电流的函数，而不是电压的函数，即光通量（φV）和IF之间的关系曲线，因此使用恒流源驱动器可以更好地控制亮度。此外，LED的正向压降具有相对较大的范围（高达1V或更高）。从上图中的VF-IF曲线可以看出，VF的微小变化将导致IF的大变化，从而导致更大的亮度。很大的变化。

LED温度与光通量（φV）之间的关系曲线。下图显示光通量与温度成反比。85°C下的光通量是25°C下的光通量的一半，而40°C下的光输出是25°C下的光通量的1.8倍。温度变化对LED的波长也有一定影响。因此，良好的散热是保证LED保持恒定亮度的保证。

因此，使用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并影响LED的可靠性，寿命和光衰减。因此，超亮LED通常由恒定电流源驱动。

LED驱动电路

由于LED功率水平的限制，通常需要同时驱动多个LED以满足亮度要求。因此，需要特殊的驱动电路来点亮LED。

电阻-电容降压：使用电容器在AC下的阻抗来限制输入电流，并获得DC电平来为LED供电。结构简单，成本低，输入隔离，存在潜在的安全隐患。转换效率非常低，无法实现恒流控制。
隔离式反激电路：使用反激电路，通过变压器在次级侧产生DC电平，然后通过光电耦合器将该电平的纹波反馈到初级侧，从而实现自激和稳定。

这种电路符合安全规定的要求，输出恒流精度较好，转换效率较高。然而，由于需要光耦合器和次级侧恒流控制电路，因此该系统复杂，庞大且昂贵。

初级侧解决方案：通过完全控制交流初级侧的输出功率和电流，最精确的可实现5％的恒定电流精度，并且次级侧仅需要一个简单的输出电路。

初级侧主要依靠辅助侧的反馈来控制输出电压，依靠限流电阻来控制初级侧电流，同时乘以匝数比来控制输出电流的精度。原边方案继承了隔离式反激电路的优点，结构简单，可实现体积小，成本低。

初级侧电流精度恒定的问题：转换的生产精度难以控制，当初级侧解决方案使用劣质变压器时，会导致较大的输出电流漂移。因此，通过增加一个次级侧恒流控制电路来改善初级侧解决方案，该电路比普通的初级侧解决方案更为复杂，但是与反激式解决方案相比，仍然可以省去光耦合器，并且该系统具有最高的性价比。

LED驱动方式

使用线性稳压器转换电压将面临功耗问题。此方法更适合用于需要避免噪声（例如汽车音频）且不能使用开关模式的转换电路。切换方法的特点是转换效率很高，但是也存在噪声问题，因此转换方法的选择取决于应用场合。

通常，电荷泵驱动方法的效率随输入电压的变化而变化。在电压变化范围广的应用中，其效率较低。并且在电压变化范围相对较小的应用中，只有当输入和输出电压不同时，该关系才是整数倍，才能使效率最大化，但这在实际的电池供电应用中很难实现。相反，电感器的转换效率不受电压干扰的影响，其应用限制小于电荷泵。

LED驱动器设计思路

LED在便携式产品中作为背光源的地位不可动摇。即使在大尺寸LCD的背光源中，LED也已经开始挑战CCFL（冷阴极荧光灯）的主流地位。在照明领域，LED被用作半导体。照明的最关键组件因其节能，环保，长寿命和免维护的光环而受到市场的追捧。驱动电路是LED（发光二极管）产品的重要组成部分。无论是在照明，背光还是显示面板领域，驱动电路技术架构的选择都应与具体应用相匹配。

LED的发光原理是在其两端增加一个正向电压，以使半导体中的少数载流子和多数载流子重新结合，并释放出多余的能量，从而引起光子的发射。

LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为恒流电源，同时根据LED设备的要求完成LED的电压和电流的匹配。

调光方式

传统的调光方法；PWM（脉冲宽度调制），使用简单的数字脉冲来反复切换LED驱动器。该系统仅需提供宽窄的数字脉冲即可轻松改变输出电流以调节LED的亮度。

好处; 能够提供高质量的白光，应用简单，效率高；

致命缺点；容易产生电磁干扰，有时甚至会听到人耳听到的噪音。

LED驱动电路的重要任务；促进

电感升压和电荷泵升压是两种不同的拓扑模式。

“由于LED由电流驱动，并且电感器在电流转换过程中具有最高效率，因此电感器升压方法的最大优势是效率高，如果设计合理，其效率可超过90％；

缺点是电磁干扰非常强，并且对移动电话等通信产品的系统要求非常高。

随着电荷泵的出现，使用电荷泵的升压方法的效率将低于感应升压的效率。

产品设计师必须面对的问题；提高驱动电路的转换效率。

有利于延长便携式产品的待机时间，同时解决了LED的散热问题，特别是在使用大功率LED的照明领域

1）当LED工作时，它需要具有恒定电流和稳压组件；它应该具有高分压和低功耗的特性，否则高效率的LED将由于驱动电路的高功耗而导致整体系统效率提高。大大减少了。

2）尽量不要使用电阻或串联稳压器电路作为LED驱动器的主限流电路；取而代之的是，使用诸如电容器，电感器或有源开关电路之类的高效电路来确保LED系统的高效率。

使用串联集成恒定功率输出电路可以在很宽的电源范围内保持LED的光输出恒定，但是普通的IC电路会降低效率。使用有源开关电路可以确保当电源电压在高转换效率下发生很大变化时，实现恒定功率输出。

但是，凭借其独特的优势，它可以在安全和特殊电压（游泳池，戏水池，矿灯的水下灯）下高效工作。此外，它在直接使用绿色电力（太阳能，风能等）和应急照明方面也有其独特的优势。尤其是在调光方面，LED不仅可以实现0-100％的调光，而且还可以在整个调光过程中确保高光效率，而不会损害LED的使用寿命，这对于气体放电灯来说是很难的。

直流控制

LED是受电流驱动的设备，其亮度与正向电流成正比。有两种控制正向电流的方法。

第一种方法是使用LED VI曲线来确定施加到LED的电压以产生预期的正向电流。其实现方法一般采用电压电源和镇流电阻。如下所述，该方法具有几个缺点。LED正向电压的任何变化都会引起LED电流的变化。如果额定正向电压为3.6V，则LED的电流为20mA。如果电压变为4.0V（这是由温度或制造变化引起的特定电压变化），则正向电流将降至14mA。正向电压变化11％将导致更大的正向电流变化，最高可达30％。此外，根据可用的输入电压，镇流电阻的压降和功耗会浪费功率并缩短电池寿命。

第二种方法也是LED电流调节的首选方法是使用恒流电源来驱动LED。

高效率

电池寿命在便携式应用中至关重要。如果LED驱动器可行，那么它必须是高效的。LED驱动器的效率测量与典型电源的效率测量不同。典型的电源效率测量值定义为输出功率除以输入功率。对于LED驱动器，输出功率不是相关参数。重要的是产生期望的LED亮度所需的输入功率值。这可以简单地通过将LED功率除以输入功率来确定。

请注意：如果以此方式定义效率，则电流检测电阻器中的功耗将导致电源中的功耗。通过图3所示的公式，我们可以看到较小的电流感测和电压将产生更高效率的LED驱动器。图4说明了与具有1V参考电压的电源相比，具有0.25V参考电压的电源的效率提高。较低的电流感应电压电源更有效。无论输入电压或LED电流如何，只要其他条件相同，较低的参考电压都可以提高效率并延长电池寿命。

LED驱动器的寿命是多长时间

恶劣环境下电容器的工作环境温度将高于95°C。有人还提出可以使用陶瓷电容器还是固体电容器，但是目前的电容器技术不能做成高电压和大容量的电容器。当然，一个好的马鞍需要装备一匹好马。使用长寿命电容器不一定能保证电源的寿命。要提高电源的寿命，需要在许多方面进行改进：使用寿命更长的电容器来提高电源效率并制造出良好的电源。优化了灯具的散热设计。为了通过考虑灯具的紧凑设计来减轻重量，许多照明公司要求将电源缩小并安装在狭窄的空间内，并且电源的散热条件受到限制。因此，高效率，小尺寸和更好的散热设计是LED电源面临的挑战。

在传统灯中，除了部分功率转换为光能外，大多数功率都转换为红外辐射能并辐射到灯的外部空间，而LED灯则不同。LED从半导体发光。除了将一部分功率转换成光能之外，大部分功率都转换成热能，只有与芯片紧密集成的灯体才能将其耗散掉。

为了使照明产品结构具有整体美感，商家通常会紧密设计LED电源和LED灯体结构。LED的热量和电源的热量叠加在一起，使得电源和LED光源处于恶劣的工作环境中。当温度超过一定温度时，LED电源和LED的寿命会大大降低。在电源内部设置温度保护后，灯泡将反复打开和关闭。如果未设置温度保护，将对电源设备造成高温损坏，并加速LED的光衰减。

LED电源是开关电源。开关电源的质量和可靠性取决于其电路设计，生产过程和设备质量。电解电容器是大功率开关电源的重要组成部分。

开关电源的正常工作寿命取决于电源中使用的电解电容器的寿命，电解电容器的寿命取决于电容器本身的寿命和工作温度。

电解电容器的工作寿命在不同温度下会有很大变化。

以优秀的国外品牌电解电容器为例：

其通用的-40℃-+ 105℃规格电容器寿命保证值是4000小时（在105℃满载条件下）。如果在设计时将电容器纹波电流的最大负载值设为85％，则：根据提供的寿命估算公式

电容器在65℃的寿命只能保证约80,000小时。

电容器在75℃的寿命只能保证约40,000小时。

电容器在85℃的寿命只能保证约20,000小时。

电容器在95℃的寿命只能保证大约10,000小时。

由以上计算：电解电容器的温度每升高10°C，寿命就会减半。

灯泡工作环境温度：在某些地区，夏天的夜晚，室外表面温度可能达到40℃甚至更高。

灯的体温上升：由于LED自身产生的大量热量依靠灯壳散发，因此合理设计的LED灯灯壳温度在20℃-25℃之间。即：在室温25℃的工作条件下，灯壳的温度约为45℃-50℃。

电源的自身温升：具有较好电源设计的电源设备的温升约为25-30℃，较差的设计的温升大于35℃。户外LED电源需要防水，并且需要密封的外壳才能达到保护等级。越来越多的制造商需要胶水加工。不同的胶体材料具有不同的价格和成本，以及不同的导热性。廉价的胶水的导热性很差，需要高温烘烤，这通常会导致不同程度的隐形损坏和组件上的束紧应变。，留下了隐患。（不良的散热处理使电解电容器像热水瓶一样在外壳中工作，并且无法释放温度积聚）。