LED驅動電源設計方案攻略
2、按電路結構方式分類
?。?)電阻、電容降壓方式:通過電容降壓,在閃動使用時,由于充放電的作用,通過LED的瞬間電流極大,容易損壞芯片。易受電網電壓波動的影響,電源效率低、可靠性低。
?。?)電阻降壓方式:通過電阻降壓,受電網電壓變化的干擾較大,不容易做成穩(wěn)壓電源,降壓電阻要消耗很大部分的能量,所以這種供電方式電源效率很低,而且系統(tǒng)的可靠也較低。
?。?)常規(guī)變壓器降壓方式:電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%~60%,所以一般很少用,可靠性不高。
(4)電子變壓器降壓方式:電源效率較低,電壓范圍也不寬,一般180~240V,波紋干擾大。
?。?)RCC降壓方式開關電源:穩(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高,一般可以做到70%~80%,應用也較廣。由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續(xù),開關頻率不容易控制,負載電壓波紋系數也比較大,異常負載適應性差。
?。?)PWM控制方式開關電源:主要由四部分組成,輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩(wěn)壓控制部分、開關能量轉換部分。PWM開關穩(wěn)壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內部參數及外接負載變化的情況下,控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環(huán)反饋,調節(jié)主電路開關器件導通的脈沖寬度,使得開關電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定(即相應穩(wěn)壓電源或恒流電源)。電源效率極高,一般可以做到80%~90%,輸出電壓、電流穩(wěn)定。一般這種電路都有完善的保護措施,屬高可靠性電源。
從以上介紹可以看出PWM控制方式設計的LED電源是比較理想的LED電源。目前珠海市南宇星電子公司生產的“金興”牌LED開關電源就是PWM控制技術的開關電源,該類LED電源經用戶使用反映效果很好。
一、剛剛開始起步成本高
照明成本不僅涉及燈具的初始成本,還涉及燈具所消耗的能源成本,燈具無法正常工作時更換燈具所需的勞動成本,以及所需燈具更換的平均頻率。從這一概念出發(fā)就很容易理解,為什么LED光源是白熾燈光源價格的50倍左右時,LED交通信號燈的市場就開始啟動,而當達到28倍時,就已形成新興產業(yè)。目前半導體照明主要以光色照明和特殊照明為主,以后將向普通照明擴展。具體來講,近幾年內,半導體照明市場將廣泛應用在各種信號燈、景觀照明、櫥窗照明、建筑照明、廣場和街道的美化、家庭裝飾照明、公共娛樂場所美化和舞臺效果照明等領域。事實上,我們身邊已經隨處可見它的身影:電腦顯示燈、手機按鍵和屏幕的背光源、汽車尾燈、建筑物燈光、交通信號燈……等等。
二、不一致性帶來的問題:
理論上LED都一樣,都是能發(fā)光的二極管,而實際上所有LED的電性能都是有差異的,眾多的廠家都在搶生產進度、抓數量;每個廠家的生產工藝是不一致的,甚至相差很大,就是同一廠家的不同時間的工藝都是有差異的;生產發(fā)光二極管的半導體材料的純度要求非常高,不同廠家使用的半導體原材料的純度是有差異的,這就使LED的發(fā)光強度與驅動電流是不完全相同的,或者相差很大,而且耐過電流能力和發(fā)熱的差異也就自然而然的不同了;由于封裝工藝和封裝材料的不同,使得整體的散熱能力是不一樣的,所有的廠家都在研究和開發(fā)新材料,以求解決組合材料的熱彭脹與散熱的問題。由此不難看出,LED發(fā)光二極管在短期內仍存在個體之間的很大的差異,如果每個燈只用一個LED,那是很好控制的,而且是真正的長壽命,例如電視機、DVD上的電源指示燈就是如此;而當我們用 LED制作照明燈具時,就不是用單個的LED,而是用多個,或上百上千個LED排成陣列接入電路,再者,需要的亮度就不是指示燈所能做到的,而電流大了、小了亮度都要減弱,且會使壽命大打折扣,甚而致于未出廠就壞掉了;因LED的差異性總是存在的,在多個LED組成的連路中,當有幾個壞掉時(通常是短路),會使電流增大而損壞其他的LED。這就是不一致性帶的結果,也是制約其發(fā)展的因素之一。
三、驅動電路復雜成本高、故障率高
a.在電壓匹配方面,LED不象普通的白熾燈泡,可以直接連接220V的交流市電。LED是2--3.伏的低電壓驅動,必須要設計復雜的變換電路,不同用途的LED燈,要配備不同的電源適配器。
b.在電流供應方面,LED的正常工作電流在15mA-18mA,供電電流小于15mA時LED的發(fā)光強度不夠,而大于20mA時,發(fā)光了強度也會減弱,同時發(fā)熱大增,老化加快、壽命縮短,當超過40mA時會很快損壞。為了延長LED照明燈的使用壽命,簡易電源是不能使用的,而常用集成電路電源、電子變壓器、分離元件電源等,但都要設計恒流源電路和恒壓源電路供電的方式,大電流驅動時,要配大功率管或可控硅器件,另加保護電路,這樣就使LED 的電源供應器電路很復雜,故障率增加。元件成本、生產成本、服務成本都將升高。而目前LED本身的成本就高,加上電源的成本,這就大大地限制了市場的競爭力與購買群體,LED照明燈的優(yōu)勢大打折扣,這也是制約其發(fā)展與普及的又一關鍵問題。
四、解決問題的方法與可行性分析:
解決問題的方法可用自復位過流保護器WHPTC元件
如果用WHPTC過流保護器作保護,將是另外一種結果,從原理可知,當電路的電流超過規(guī)定值時會訊速的自動保護,在排除故障后又自動復位,無需人工更換。對LED而言,電壓的變化不是LED損壞的直接原因,而電流的增大才是LED的真正殺手。顯而易見,利用WHPTC的這個特性,在LED的電路保護上具有絕對的優(yōu)勢,讓簡易電源供電變?yōu)楝F實。實踐證明,在LED電路出現故障以前就有效保護了。在簡易電源上,這個優(yōu)勢特別突出。對如下3圖分析可見,因有了WHPTC后可省去恒流、恒壓電路, LED的質量也提高了。器件成本、生產成本、故障率、服務成本等,都大大降低。也大大增加了產品的市場競爭力。所以誰先使用WHPTC,誰先占領市場。
使用WHPTC前后的拓撲結構比較圖
淺談LED產品老化我們在應用LED時經常會出現這樣種問題,LED焊在產品上剛開始的時候是正常工作的,但點亮一段時間以后就會出現暗光、閃動、故障、間斷亮等現象,給產品帶來嚴重的損害。引起這種現象的原因大致有:
1.應用產品時,焊接制程有問題,例如焊接溫度過高焊接時間過長,沒有做好防靜電工作等,這些問題95%以上是封裝過程造成。
2.LED本身質量或生產制程造成。 預防方法有:
1.做好焊接制程的控制。
2.對產品進行老化測試。
老化是電子產品可靠性的重要保證,是產品生產的最后必不可少的一步。LED產品在老化后可以提升效能,并有助于后期使用的效能穩(wěn)定。LED老化測試在產品質量控制是一個非常重要的環(huán)節(jié),但在很多時候往往被忽視,無法進行正確有效的老化。LED老化測試是根據產品的故障率曲線即浴盆曲線的特征而采取的對策,以此來提高產品的可靠性,但這種方法并不是必需的,畢竟老化測試是以犧牲單顆LED產品的壽命為代價的。
LED老化方式包括恒流老化及恒壓老化。恒流源是指電流在任何時間都恒定不變的。有頻率的問題,就不是恒流了。那是交流或脈動電流。交流或脈動電流源可以設計成有效值恒定不變,但這種電源無法稱做「恒流源」。恒流老化是最符合LED電流工作特征親羈蒲У腖ED老化方式;過電流沖擊老化也是廠家最新采用的一種老化手段,通過使用頻率可調,電流可調的恒流源
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