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LED灯的恒流源与恒压源选择要点

1.LED串并联使用须知
       在LED应用产品中,必须对LED进行一定的电路设计。一般情况下,要根据驱动电压的不同选择不同的串并联组合方式,同时应充分了解LED的电、热学特性,以确保LED产品长期可靠工作。为降低串联线路中单灯故障,对整条电路带来的风险,应尽量避免串联支路中串联LED的个数。在单灯应用场合,尽量采用并联模式。并联模式LED灯尽量采用恒压供电模式。在实际工作中,应评估各LED的伏安曲线的差异及光强产生的不同步变化带来的影响,并采取措施平衡各单灯之间的电流值。
1)串联(图1)
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       串联优点是流过LED电流相同,LED工作时亮度基本一致。其串联缺点其中一个LED开路,整个电路不工作(所有LED都不亮)。LED的数量大时,不宜采用。每个LED两端并联一个齐纳二极管(稳压管)。
2)并联(图2)
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       并联优点其中任意一个LED出现开路,不会影响其他LED工作。其并联是LED驱动器要提供较大电流。LED的VF一致性差时,通过每颗LED的电流大小不一致会造成LED的亮度有明显差异。要求LED的VF一致性好,在实际设计中,一般不采用直接并联的方式。
3)混联(图3)
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       混联优点结合了串、并联各自优点。其缺点电路设计较复杂。混联的连接方式对LED的参数要求较宽且适用范围大,是目前LED照明电路设计中是最多采用的连接方式。LED数量平均分配,其分配在同一串LED4上的电压相同,流过同一串每颗LED上的电流也基本相同(即流过每串LED的电流也大致相同),LED亮度也大致相同。
4)交叉陈列(图4)
       交叉陈列优点其中任何一个LED开路或短路,不至于造成整个电路不工作。其缺点电路设计复杂。断路(开路)LED对整个陈列电流的分配影响较小。交叉阵列连接方式中断路(开路)LED将不亮,对整个电路性能影响极小,整个电路仍可以正常工作。
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2.LED照明驱动电源简介
       LED 照明系统在设计时,就必须考虑选用合适的LED 驱动电源,同时要考虑LED的连接方式。目前LED的连接方式有串联、并联、混联、交叉阵列。设计是要根据产品的设计实际情况,进行合理的匹配设计(采用合理的方式将LED 连接在一起),才能保证 LED 正常工作。白光LED的正向电压范围一般为2.8~3.5 V,功率为0.5W、1W,工作电流为150mA、350mA。但是对LED日光灯、筒灯照明灯具是用多个中小功率 LED 通过串并联方式组合在一起的,其工作电流为20~60mA。通常需要数量较多的LED匹配,才能产生均匀的亮度。

       LED的排列方式及 LED光源的规范决定着基本的驱动器要求。LED 驱动器的主要功能就是在一定的工作条件范围下限制流过 LED的电流,而无论输入及输出电压如何变化。
       LED灯珠的VF值与发光颜色有关,同时与LED的工作温度有关,温度不同LED的VF值也不同,其环境温度越高,VF值越小,VF值与环境温度成反比。
       LED灯珠的VF值与生产厂家不同而不同,同一种封装LED不同厂家,其VF值也不一样。
要设计LED驱动电路,要掌握LED工作原理。LED的亮度主要与VF、IF有关。VF的微小变化会引起IF较大的变化,从而引起亮度的较大变化。要使LED保持最佳的亮度状态,需要恒流源来驱动。LED驱动电路是一种电源转换电路,但输出的是恒定电流而非恒定电压。无论在任何情况下,都要输出恒定而平均的电流,纹波电流要控制在一定的范围内。
       选择LED驱动电源时,要确定LED灯珠工作环境温度状态下的VF值,根据LED的串并关系来选择输出电压工作范围。其输出电压范围内,用LED最大VF值×串联LED数量得出的总电压,其值比电源的输出最高电压小5V以上。用LED最小VF值×串联LED数量得出的总电压,其值比电源的输出最低电压高5V以上。LED驱动电源总功率的为电源功率90%左右。

       ①、VF是LED的正向压降、IF是正向电流。LED驱动电源输出最高电压=电源功率÷输出电流,最低输出电压=输出最高电压×60%。
       ②、LED灯具整灯光效=(光源光效×透光率×热损失×驱动电源转换效率)。
       ③、选择LED 驱动电源时,要选择效率高的电源,这样的电源发热小,其工作寿命长,目前其效率一般在80%以上。
       白光LED要得到良好的应用,且能获得较高的使用效率。就必须采用相适应的LED驱动电路来满足LED工作要求。
LED驱动电路的要求如下
       LED驱动电路是为LED供电的特种电源,具有电路结构简单、体积小、转换效率高的特点。
       LED驱动电路的输出电参数(即电流、电压与LED的参数相匹配,满足LED工作的要求,具有较高的恒流精度控制、合适的限压功能。
注:
LED驱动电路多路输出时,每一路的输出都要能够单独控制。
       LED驱动电路具有线性度较好的调光功能,以满足LED不同应用场合调光的要求。
       LED驱动电路在LED开路、短路、驱动电路故障时,LED驱动电路能够对其本身、LED、使用者,都有相应的保护,不会产生危险。
       LED驱动电路工作时,应满足相关的电磁兼容性要求。
       LED驱动器根据不同的应用要求,可以采用恒定电压(CV)、恒定电流(CC)、恒流恒压(CCCV)三种电路。
       (1)恒流式(CC)
       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。负载阻值小,输出电压就低;负载阻值越大,输出电压就越高。
       恒流电路不怕负载短路,但严禁负载完全开路。
       恒流驱动电路驱动LED光源是较为理想的,但相对而言价格较高。
       应注意所使用最大承受电流及电压值,它限制了LED光源的使用数量。

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       恒流式(CC)电源的外形,如图5所示。

       ①、恒流驱动电路输出端出现异常,造成产品正、负极短路,恒流驱动电路会启动短路保护功能,不会因为异常造成恒流驱动电路永久性损坏。
       ②、当LED灯串联的VF值在恒流驱动电路设计电压范围内时,输出电流恒定不变,当LED 灯串联的VF值超过恒流驱动电路设计电压范围时,电源进入过载保护,灯呈闪烁现象。
       ③、恒流驱动电路使用温度超过设计温度时。驱动IC呈线性电流下降,以保证恒流驱动电路不损坏,同时LED灯会持续发光。
(2)恒压式(CV)
       当恒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。
恒压电路不怕负载开路,目前的恒压电源有短路保护。
       以恒压驱动电路驱动LED光源,每串需要加上合适的电阻,才能使每串LED光源显示亮度平均。
亮度会受整流而来的电压变化的影响。

       恒压源在恒压工作时,其负载功率只能是恒压源功率的80%。
       开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器等领域。

QQ截图20171026174241.jpg

恒压式(CV)电源的外形,如图6所示。
(3) 恒流恒压(CCCV)
       恒流恒压电源在负载发生变化的情况下,努力使输出电压保持稳定,输出电流必须小于恒流电流值。
       在恒压输出时,恒流源处于休止状态,不干扰输出电压和输出电流。
       恒流输出时,恒压源处于休止状态,不再干预输出电压的高低。

       可以通过电源铭牌找到输出电压参数,如果输出电压是恒定的电压值(如DC 5V、12V、24V等),则为恒压源。如果输出电压标称为一个电压范围,则为为恒流源。
       恒流恒压LED驱动电源具有恒压(CV)和恒流(CC)特性,既可以工作在恒压CV方式,也可以工作在恒流(CC)方式。
     QQ截图20171026174256.jpg 

恒流恒压(CCCV)电源的外形,如图7所示。
LED照明设计需要考虑的因素如下:
       输出功率:主要涉及LED正向电压范围、电流及LED排列(串并)方式等。
       电源:电源的类型有AC-DC电源、DC-DC电源、AC电源直接驱动。
       功能要求:调光要求、调光方式、照明控制
       其他要求:能效、功率因数、尺寸、成本、故障处理、标准及可靠性等
       其他因素:机械连接、安装、维修/替换、寿命周期、物流等。

       2015年9月1日起,LED驱动电源正式纳入3C强制认证。LED电源3C认证依据的主要标准有GB 19510.1-2009《灯的控制装置第1部分:一般要求和安全要求》、GB 19510.14-2009《灯的控制装置第14部分:LED模块用直流或交流电子控制装置的特殊要求》、GB /T 17743-2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》及GB 17625.1-2012《电磁兼容限值谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)》。
◇广州 刘祖明

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