技术：LED驱动电源技术方案及注意问题

    一、LED驱动电源的重要性

    接触过LED的人都知道：由于LED正向伏安特性非常陡图1.1（正向动态电阻非常小），要给LED正常供电就比较困难。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。为了稳定LED的工作电流，保证LED能正常可靠地工作，具有”镇流功能”的各种各样的LED驱动电路就应运而生。最简单的是串联一只镇流电阻，而比较复杂的是用许多电子元件构成的“恒流驱动器”。

    二、LED驱动的技术方案

    1、镇流电阻方案

    此方案的原理电路图见图1。这是一种极其简单，自LED面世以来至今还一直在用的经典电路。

    LED工作电流I按下式计算：

    I与镇流电阻R成反比；当电源电压U上升时，R能限制I的过量增长，使I不超出LED的允许范围。

    此电路的优点是简单，成本低；缺点是电流稳定度不高；电阻发热消耗功率，导致用电效率低，仅适用于小功率LED范围。

    一般资料提供的镇流电阻R的计算公式是：

    按此公式计算出的R值仅满足了一个条件：工作电流I。而对驱动电路另两个重要的性能指标：电流稳定度和用电效率，则全然没有顾及。因此用它设计出的电路，性能没有保证。

    2、镇流电容方案

    电路的工作是基于在交流电路中，电容存在容抗XC也有”镇流作用”的原理。另外电容消耗无功功率，不发热；而电阻则消耗有功功率，会转化为热能耗散掉，所以镇流电容比镇流电阻，能节省一部分电能，并能设计成将LED灯直接接到市电～220V上，使用更为方便。

    此方案的优点是简单，成本低，供电方便；缺点是电流稳定度不高，效率也不高。仅适用于小功率LED范围。当LED的数量较多，串联后LED支路电压较高的场合更为适用。

    3、线性恒流驱动电路

    上面已经提到电阻、电容镇流电路的缺点是电流稳定度低（△I/I达±20～50％），用电效率也低（约50～70％），仅适用于小功率LED灯。

    为满足中、大功率LED灯的供电需要，利用电子技术常见的电流负反馈原理，设计出恒流驱动电路。和直流恒压电源一样，按其调整管是工作在线性，还是开关状态，恒流驱动电路也分成两类：线性恒流驱动电路和开关恒流驱动电路。

    图4是最简单的两端线性恒流驱动电路。它借用三端集成稳压器LM337组成恒流电路，外围仅用两个元件：电流取样电阻R和抗干扰消振电容C。

    4、开关电源驱动电路

    上述线性恒流驱动电路虽具有电路简单、元件少、成本低、恒流精度高、工作可靠等优点，但使用中也发现几点不足：

    a、调整管工作在线性状态，工作时功耗高发热大（特别是工作压差过大时），不仅要求较大尺寸的散热器，而且降低了用电效率。

    b、电源电压要求按公式（13）与LED工作电压严格匹配，不允许大范围改变。也就是说它对电源电压及LED负载变化的适应性差。

    c、它仅能工作在降压状态，不能工作在升压状态。即电源电压必须高于LED工作电压。

    d、供电不太方便，一般要配开关稳压电源，不能直接用～220V供电。

    输入整流:将正负变化的交流电变成单向变化的直流电

    滤波:将变化的电压波形平滑成波动较小的直流电压波形

    变压器:储存能量,产生需要的输出电压.原、副边隔离。

    输出稳压:稳定输出电压

    取样反馈:将输出电压的变化反映到控制电路,以便采取相应的措施保证输出电压在规定的范围内

    PWM+开关:控制电路,根据反馈回来的信号控制变压器储存能量的多少,从而保证输出的稳定

    采用开关电源驱动的优点:效率高，一般可以做到80%～90%，输出电压、电流稳定。输出纹波小。且这种电路都有完善的保护措施，属高可靠性电源。

    LED驱动电源主要有恒压式和恒流式

    （1）恒压式：

    a、当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；

    b、恒压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路。

    c、以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；

    d、亮度会受整流而来的电压变化影响。

    （2）恒流式:

    1、恒流驱动电路驱动LED是很理想的,缺点就是价格较高.

    2、恒流电路虽然不怕负载短路,但是严禁负载完全开路.

    3、恒流驱动电路输出的电流是恒定的,而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化.

    4、要限制LED的使用数量,因为它有最大承受电流及电压值.

    三、LED与LED驱动电源的匹配

    我们已经很清楚的知道LED驱动电源只有两种方式：

    恒流式：电流不变电压在一定范围内变化(随负载变化)

    恒压式：电压不变电流在一定范围内变化(随负载变化)

    而LED灯配合的方式有三种：串联式，并联式，串并混联式。

    串联式：

    要求LED驱动器输出较高的电压。当LED的一致性差别较大时，分配在不同的LED两端电压不同，通过每颗LED的电流相同，LED的亮度一致。

    当某一颗LED品质不良短路时，如果采用稳压式驱动，由于驱动器输出电压不变，那么分配在剩余的LED两端电压将升高，驱动器输出电流将增大，导致容易损坏余下所有LED。如采用恒流式LED驱动，当某一颗LED品质不良短路时，由于驱动器输出电流保持不变，不影响余下所有LED正常工作。当某一颗LED品质不良断开后，串联在一起的LED将全部不亮。解决的办法是在每个LED两端并联一个齐纳管，当然齐纳管的导通电压需要比LED的导通电压高，否则LED就不亮了。

    并联式：

    要求LED驱动器输出较大的电流，负载电压较低。分配在所有LED两端电压相同，当LED的一致性差别较大时，而通过每颗LED的电流不一致，LED的亮度也不同。可挑选一致性较好的LED，适合用于电源电压较低的产品

    当某一个颗LED品质不良断开时，如果采用恒压式LED驱动，驱动器输出电流将减小，而不影响余下所有LED正常工作。如果是采用恒流式LED驱动，由于驱动器输出电流保持不变，分配在余下LED电流将增大，导致容易损坏所有LED。解决办法是尽量多并联LED，当断开某一颗LED时，分配在余下LED电流不大，不至于影响余下LED正常工作。所以功率型LED做并联负载时，不宜选用恒流式驱动器。当某一颗LED品质不良短路时，那么所有的LED将不亮，但如果并联LED数量较多，通过短路的LED电流较大，足以将短路的LED烧成断路。

    串并混联方式

    在需要使用比较多LED的产品中，如果将所有LED串联，将需要LED驱动器输出较高的电压。如果将所有LED并联，则需要LED驱动器输出较大的电流。将所有LED串联或并联，不但限制着LED的使用量，而且并联LED负载电流较大，驱动器的成本也会大增。解决办法是采用混联方式。串并联的LED数量平均分配，分配在一串LED上的电压相同，通过同一串每颗LED上的电流也基本相同，LED亮度一致。同时通过每串LED的电流也相近。

    当某一串联LED上有一颗品质不良短路时，不管采用恒压式驱动还是恒流式驱动，这串LED相当于少了一颗LED，通过这串LED的电流将大增，很容易就会损坏这串LED。大电流通过损坏的这串LED后，由于通过的电流较大，多表现为断路。断开一串LED后，如果采用恒压式驱动，驱动器输出电流将减小，而不影响余下所有LED正常工作。如果是采用恒流式LED驱动，由于驱动器输出电流保持不变，分配在余下LED电流将增大，导致容易损坏所有LED。解决办法是尽量多并联LED，当断开某一颗LED时，分配在余下LED电流不大，不至于影响余下LED正常工作。

    混联方式还有另一种接法，即是将LED平均分配后，分组并联，再将每组串联一起。

    当有一颗LED品质不良短路时，不管采用恒压式驱动还是恒流式驱动，并联在这一路的LED将全部不亮，如果是采用恒流式LED驱动，由于驱动器输出电流保持不变，除了并联在短路LED的这一并联支路外，其余的LED正常工作。假设并联的LED数量较多，驱动器的驱动电流较大，通过这颗短路的LED电流将增大，大电流通过这颗短路的LED后，很容易就变成断路。由于并联的LED较多，断开一颗LED的这一并联支路，平均分配电流不大，依然可以正常工作，哪么整个LED灯，仅有一颗LED不亮。

    如果采用恒压式驱动，LED品质不良短路瞬间，负载相当少并联一路LED，加在其余LED上的电压增高，驱动器输出电流将大增，极有可能立刻损坏所有LED，幸运的话，只将这颗短路的LED烧成断路，驱动器输出电流将恢复正常，由于并联的LED较多，断开一颗LED的这一并联支路，平均分配电流不大，依然可以正常工作，哪么整个LED灯，也仅有一颗LED不亮。

    通过对以上分析可知，驱动器与负载LED串并联方式搭配选择是非常重要的，恒流式驱动功率型LED是不适合采用并联负载的，同样的，恒压式LED驱动器不适合选用串联负载。

    工程中的简易计算方法

    例：SLT5-12VC额定输出功率为5W电源，输出电压12V，白光LED额定正向电压3.3V，耗散功率为65mW，可配置多少个LED？

    （1）计算每条支路的LED个数：3.3V×3=9.9V

    65mW÷3.3V=20mA（12V-9.9V）÷20mA=105Ω

    （2）计算并联支路数：5W÷（65mW×3+20mA×20mA×105Ω）=21

    （3）总共可以接多少个LED：21×3=63个（串并混联）

    例：SLT10-350IF一个额定输出电流为DC 0.35A，额定功率为10W电源，耗散功率为65mW，正向电为0.02A的白光LED，可怎样配置？

    （1）计算每条支路的LED个数：10W÷0.35A=28.6V

    65mW÷0.02A=3.25V 28.6V÷3.25V=8

    （2）计算并联支路数：0.35A÷0.02=18

    （3）总共可以接多少个LED：8×18=144个（串并混联）

    四:LED驱动电源使用中应注意的问题

    A.LED降额使用。

    B.使用线性恒流驱动器，特别注意其工作压差。

    C.隔离式开关恒流驱动器次级输出电源不宜悬空，负极应接地。

    D.对开关恒流驱动器，要严格遵守：先接好LED灯，再接通驱动器电源的操作顺序。

    如果相反操作，在接通LED灯瞬间，将会有极大的冲击电流通LED灯，威胁LED灯的使用安全。现以图10电路为例，对此冲击电流值作一下计算，并对其产生原因作一次分析。