LED施工宝典：LED驱动技术

LED发光是有条件的。将正向电压加在其PN结两端，使PN结本身形成一个能级（实际上是一系列的能级），电子在这个能级上跃变并产生光子来发光。所以，需要加在PN结两端的电压来驱使LED发光。又由于LED是特性敏感的半导体器件，具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了LED“驱动”的概念。

1.LED驱动原理

在LED照明领域，要体现出节能和长寿命的特点，选择好的LED驱动电路至关重要，没有好的驱动电路的匹配，LED照明的优势无法体现。

LED灯具驱动需要先将高压的交流电变换成低压的交流电（AC/AC），然后将低压的交流电经整流变换成低压的直流电（AC/DC），再通过高效率的DC/DC开关稳压器降压和变换成恒流源，输出恒定的电流驱动LED光源。LED光源是按灯具的设计要求由小功率或大功率LED多串多并而组成。每串的I_F电流是按所选用的LED光源I_F要求设计，总的正向电压△U_F是N颗LED的总和。LED灯具的驱动原理如图1-24所示。LED灯具选用36V以下的交流电源可以考虑非隔离供电，如选用220V和100V的交流电源应考虑隔离供电。

图1-24 LED灯具驱动原理

目前，MR11、MR16射灯、水底灯、洗墙灯、路灯、隧道灯、汽车工作灯等LED灯具大多选用散热较好的、自带铜基或铝基板的1W、3W大功率LED光源，使用AC/DC12～36V电源，因而需要使用DC/DC的降压（Buck）+恒流给LED提供U_F和I_F，LED灯具大多使用低压电源，因此在这类灯具的电路设计上，LED的串联个数在1～9颗，尤以1～3颗为常见。串联的总△U_F应低于电源U_in，如三颗LED串联，△U_F=3.4V×3=10.2V，低于U_in，所以能正常工作。

MR11、MR16射灯常见的是3个1W的LED串联或使用一个3W的LED；水底灯常见的是3个1W的LED串联后再并联，3个一组；洗墙灯常见的是1～9个1W的LED串联；路灯常见的是9个1W的LED串联后并联3组；汽车照明灯常见的是3～6个1W的LED串联后并联3组。当然LED的串并联方案是多种多样的，串联个数与其工作电压有关，这里就DC 12～36V工作电压而言。目前1W的LED光源散热较好，因此选用较多。

2.LED驱动器的通用技术要求

（1）高效率和高可靠性。

LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。同时也延缓LED的光衰，有利于提高整个灯具的使用寿命。

LED驱动器的工作可靠性一定要高（例如机械连接、安装、维修及替换、寿命周期等），输出功率一定要能够满足灯具要求（涉及LED正向电压范围、电流及LED排列方式），特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。

（2）高功率因数。

功率因数是电网对负载的要求。一般70W以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因数低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30～40W的LED驱动电源，在不久的将来，也许会对功率因数方面有一定的指标要求。

（3）驱动方式。

LED均采用直流供电，现在通行的驱动方式有两种：一种是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好，有可能是以后的主流方向。

LED驱动器应尽可能保持恒流特性，尤其在电源电压发生±15%的变动时，仍应能保持输出电流在±10%的范围内变动。同时驱动器应保持较低的自身功耗，这样才能使LED的系统效率始终保持在较高水准。

（4）浪涌保护。

LED抗浪涌电压/电流的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力，加强这方面的保护非常重要。例如装在户外的LED路灯，由于电网负载的无规律启动与停用、雷击感应等，从电网系统会侵入各种浪涌电压/电流，有些浪涌电压/电流会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌电压/电流侵入的技术措施，保护LED不被浪涌电压/电流意外损坏。(www.xing528.com)

（5）保护功能。

驱动器应设置完善的保护电路，如低压锁存、过电压保护、过热保护、输出开路或短路保护。LED驱动器除了上述常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈电路，防止LED温度过高。

（6）防护性能。

灯具外安装型驱动电源的封装结构要防水、防潮，外壳要耐晒、耐紫外线照射。

（7）功能要求。

LED的最大电流可设定，在使用过程中可调节LED的亮度。有的场合还要求驱动器具有发光模式及效果变换功能。驱动器应符合安规和电磁兼容的要求，工作时对其他电子设备及电路的干扰影响小。

（8）驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。

3.LED灯具对低压驱动芯片的通用技术要求

1）驱动芯片的标称输入电压范围应当满足DC 8～40V，以覆盖应用面的需要，耐压如能大于45V更好；AC12V或24V输入时，简单的桥式整流器输出电压会随电网电压波动，特别是电压偏高时，输出直流电压也会偏高，驱动IC如不能适应宽电压范围，往往在电网电压升高时会被击穿，LED光源也因此被烧毁。

2）驱动芯片的标称输出电流要求大于1.2～1.5A。作为照明用的LED光源，1W功率的LED光源，其标称工作电流为350mA，3W功率的LED光源，其标称工作电流为700mA，功率大的需要更大的电流。因此，LED照明灯具选用的驱动IC必须有足够的电流输出，设计产品时必须使驱动IC工作在满负荷输出的70%～90%的最佳工作区域。使用满负荷输出电流的驱动IC在灯具狭小空间散热不畅，容易疲劳和早期失效。

3）驱动芯片的输出电流必须长久恒定。LED光源才能稳定发光，亮度不会闪烁；同一批驱动芯片在同等条件下使用，其输出电流大小要尽可能一致，也就是离散性要小，这样在大批量自动化生产线上生产才能有效和有序；对于输出电流有一定离散性的驱动芯片必选在出厂或投入生产线前分档，调整PCB（印制电路板）上电流设定电阻（R_s）的阻值大小，使之生产的LED灯具恒流驱动板对同类LED光源的发光亮度一致，保持最终产品的一致性。

4）驱动芯片的封装应有利于驱动芯片管芯的快速散热，如将管芯（Die）直接绑定在铜板上，并有一Pin直接延伸到封装外，便于直接焊接在PCB板的铜箔上迅速导热。

5）驱动芯片本身的抗电磁干扰、噪声、耐高压的能力也关系到整个LED灯具产品能否顺利通过CE、UL等认证，因此驱动芯片本身在设计伊始就要选用优秀的拓扑结构和高压的生产工艺。

6）驱动芯片自身功耗要求小于0.5W，开关工作频率要求大于120Hz，以免工频干扰而产生可见闪烁。

友情提示

接触过LED的人都知道：由于LED正向伏安特性非常陡（正向动态电阻非常小），要给LED供电就比较困难。不能像普通白炽灯一样，直接用电压源供电。否则，电压波动稍增，电流就会增大到将LED烧毁的程度。为了稳住LED的工作电流，保证LED能正常可靠地工作，各种各样的LED驱动电路就应运而生。

LED驱动电路，有的电路简单，有的电路复杂；有的适用于小功率LED阵列，有的适用于大功率LED阵列；有的采用直流供电，有的采用交流供电；有的性能良好，使用寿命长，有的性能不佳，故障率高，殃及LED的使用寿命。