高亮LED應用及驅動電路探討

李心宏 信明陽

1.營口卷煙廠，遼寧營口 115002； 2.沈陽航空六二六科技有限責任公司 ，遼寧 沈陽 110034

高亮LED應用及驅動電路探討

李心宏1信明陽2

1.營口卷煙廠，遼寧營口 115002； 2.沈陽航空六二六科技有限責任公司 ，遼寧 沈陽 110034

進入能源高消耗時代，人們開始對LED在照明領域的應用投以關注的目光，伴隨著白光高亮LED的出現，—場新的產業革命——照明革命正在到來。高亮LED 照明以其高效、節能、長壽命的特點，得到越來越廣泛的應用。然而如何實現對高亮LED的驅動，成為目前人們急需解決的課題之一。本文介紹了高亮LED的應用，并對LED的驅動方式進行了探討。

LED ；應用；驅動；恒流

1、高亮LED簡介

發光二極管(LED)發明于20世紀60年代，它是利用半導體材料中的電子和空穴相互結合并釋放出能量，使得能量帶位階改變，以發光的形式顯示其所釋放出的能量。LED具有體積小、壽命長、驅動電壓低、耗電量低、反應速率快、耐震性佳等優點，被廣泛應用于信號指示、數碼顯示等領域。隨著技術的不斷進步，超高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光LED的研制成功，是LED從標識功能向照明功能跨出的實質性一步，如今，用于裝飾照明領域的LED顯示屏已經廣為人知。不過，業界預計普及高亮LED燈的日常照明還要數年之后。表1為白光LED與傳統白熾燈性能參數對比：

表1

從以上參數可以看出，高亮LED對傳統白熾燈有著無可比擬的優勢，而與其他傳統光源相比，高亮LED無論是在壽命、節能還是在環保、響應速度方面優勢亦是相當的明顯。

2、高亮LED的應用

高亮LED以其亮度高、能耗低、環保實用等優點，得到越來越廣泛的應用。目前已有很多廠家生產高亮LED 燈類產品，例如：護欄燈、燈杯、投射燈、交通指示燈、手持照明燈，等等。在工業領域，高亮LED照明的應用也日趨廣泛。以煙草行業為例，在卷煙生產線設備上，機臺通常采用日光燈照明方式，其缺點是照明效率低、使用壽命短、可維護性差，安裝繁瑣。而采用高亮LED燈代替傳統的日光燈，則會較好地解決上述問題，并且可根據客戶要求采用安全電壓供電方式（例如：直流24V），因此受到使用者的廣泛認可。

3、LED驅動方式探討

為了保證照明級高亮LED能獲得較高的使用效率，得到良好的應用，需要滿足LED的各種應用條件，其中一個條件就是需要采用相適應的驅動電路來滿足LED的參數配合要求。

LED按照功率和發光亮度可以劃分為大功率LED、高亮度LED及普通LED。一般來說，大功率LED的功率至少在1W以上，目前比較常見的有1W、3W、5W、8W和10W幾種，工業生產上使用的多種型號的機臺照明燈，因現場空間及安裝方式的限制均采用高亮LED，其工作電壓為直流3.1～3.3V，電流18～20mA。LED的驅動方式都是直流驅動，而直流驅動又分為恒壓和恒流兩種方式。如何在輸入市電的情況下，選擇合適的驅動電路成為必須解決的問題。

3.1 恒壓驅動：

根據LED的電壓、電流變化特性，很多廠家生產的LED 燈類產品采用恒壓驅動，無非是采用阻、容降壓，然后加上一個穩壓二極管穩壓，或用開關電源方式，向LED 供電，但是這樣驅動LED 的方式存在極大缺陷。

3.1.1 阻、容降壓加二極管穩壓方式：首先是降壓電阻將消耗比較大的電能，導致此種方式工作效率不高。其次，在照明應用中，勢必采用較多數量的高亮LED，這樣一來將不得不使用較多數量的穩壓二極管，一來，電路將變得較為復雜龐大；二來，一旦某個穩壓二極管損壞（比如擊穿），將直接導致該路所有LED無法工作，從而導致產品報廢。

3.1.2 開關電源方式：首先，開關電源將消耗比較大的電能，并且散熱量大，從而使得該方式效率不高，并影響產品壽命。其次開關電源元器件較多，一方面使得產品體積增大，限制了LED的應用，另一方面元器件過多也將使產品故障率有所上升。此外，開關電源的穩壓能力無法滿足LED的正常工作要求，比如在工業生產線中，因環境溫度的變化，開關電源的輸出電壓將有小范圍波動，而LED本質上仍是一個二極管，是一個非線性器件，當LED導通時，只要LED上的電壓稍微變化，電流就會增加或減少很多。因此，也會大大影響LED器件的工作，使電流過大甚至導致發熱損壞或者電流過小無法提供正常的照度。

3.2 恒流驅動：

采用恒流源驅動，LED上流過的電流將不受電壓變化、環境溫度變化，以及LED參數離散性的影響，從而能保持電流恒定，充分發揮LED的各種優良特性。實踐已經證明，恒流源驅動是較為合適的LED驅動方式。

圖1

目前廣泛采用的恒流源有三種形式：一種是線性電源改進型恒流源，第二種是開關電源式恒流源，還有一種是目前市面上出現的芯片式恒流源。

圖2

（1）線性改進型恒流源：這種電路一般由運放和三極管及其他必要元件組成，如圖1所示。該電路能夠較好地實現我們構建恒流源的要求。

圖2是實際應用的以恒流驅動方式實現的高亮LED照明燈電路。

以此電路設計的產品，總功率為4W，調節電阻為R6，其電流計算方式為2.5V/R6，為保證高亮LED的工作壽命，在保證其正常照度的情況下，我們將其電流限制在18～20mA。經實際測試及現場試機驗證，在90～140VAC輸入情況下，工作穩定，電流變化范圍在17～20mA，此外，在實際測試及應用中高亮LED幾乎從未出現過LED個體出現斷路無法導通的情況，在現場運行1年以上無故障出現很好的說明了這種情況。

4.存在的問題：

目前市場上的高亮LED個體之間的伏安特性的差異，從而使得在幾路LED并聯的情況下，可能存在電流分配不均勻的現象。因此，希望每路恒流源只帶一路負載，這樣一來，單路恒流電路的帶載能力將非常有限，要想構建一個包含幾十只高亮LED的照明電路，恒流源部分的器件將占用大量的空間，這在實際的產品開發中將造成不小的障礙，尤其是在客戶要求限制產品外形和尺寸的情況下。

4.1 開關電源式恒流源：這種驅動方式類似于開關電源式恒壓源，在實際應用中雖然可滿足性能指標要求，但電路過于復雜，元器件過多及占用空間過大。在一般的民用市場，工作環境溫度不高，安裝尺寸比較寬松的情況下，可以考慮使用。

4.2 芯片式恒流源：目前隨著高亮LED的普及應用市場上出現了多種型號的恒流源驅動芯片，使產品的集成度大大提高。但大多數的芯片帶載能力有限，并且需要額外提供直流電源，這在產品開發時會成為一種障礙。

5 .結語

設計合理的燈具結構(包括LED單體的排列和位置布局)和研究低成本、高可靠性的驅動電路，是保證LED具有持久亮度的關鍵。現階段，由于LED芯片設計、制造技術和材料及驅動方式等諸多因素的限制，完全取代傳統的白熾燈還要有一個過程。隨著高亮LED技術的發展，高亮LED的功率會進一步提高，成本也會降低，LED照明代替傳統的照明方式已是大勢所趨，LED照明正在逐步影響著人們的生產生活，LED技術的應用必將在更深更廣的范圍內全面展開。

[1] 周志敏，周紀海，紀愛華. LED驅動電路設計與應用. 人民郵電出版社,2006～12

[2] 諸昌鈐.LED顯示屏系統原理機工程技術.電子科技大學出版社,2000-12-1

[3] 國家半導體照明工程研發及產業聯盟.半導體照明.遼寧科學技術出版社, 2006～03

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.049