LED的特性及驅(qū)動電源的發(fā)展趨勢初探

姜忠齡 宋婧婧 孫曉智

摘要：LED作為一種新光源，與傳統(tǒng)光源不同的是它更環(huán)保，光線更清晰和透光性好，在照明領(lǐng)域越來越受到矚目。市場需求使LED所采用的驅(qū)動電源的要求也在不斷提高?；诖吮疚闹饕接慙ED驅(qū)動特性和分析當今驅(qū)動電源現(xiàn)狀，展望LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：LED；驅(qū)動電源；照明

1 LED特性及驅(qū)動電源配置

1.1 LED照明特性及工作原理

LED驅(qū)動電源對于LED燈的作用，是把電線的交流電轉(zhuǎn)化為低壓直流電，是LED照明的核心技術(shù)，LED驅(qū)動電源的好壞決定了LED照明的質(zhì)量。LED對于直流電電壓不能太高，特別是我國220V高電壓的供電網(wǎng)絡中，更是考驗了驅(qū)動電源對高伏交流電的轉(zhuǎn)換功能和效率。早在1965年第一個LED就已誕生，然而限于大規(guī)模集成電路和電子技術(shù)的落后，LED未能普及開來。

LED驅(qū)動電源技術(shù)隨著時代發(fā)展而完善，為推出更節(jié)能、發(fā)熱量更小、光源更均勻的LED照明系統(tǒng)成為可能，隨著驅(qū)動電源技術(shù)的發(fā)展，將極大促進LED產(chǎn)業(yè)鏈的繁榮，這為取代傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的實現(xiàn)具有可能性。[1]

LED是單向?qū)щ娖骷?，因此需要直流電為其供電，而?qū)動電源在整個LED照明系統(tǒng)中起著轉(zhuǎn)換交流電為直流電的作用；同時LED又是PN結(jié)構(gòu)的半導體器件，基于此特點它具有勢壘電勢的特點，從而形成在電傳導的限電壓，只要LED通過的電壓超過限電壓才會允許電流流通。其門限電壓通常是2.5V上下，工作電壓是4～5V左右。同時LED照明系統(tǒng)的電流呈現(xiàn)著非線性的特點，流經(jīng)電流等同于勢壘電勢下減去總電阻的電流。

1.2 驅(qū)動電源配置

LED因其驅(qū)動電源轉(zhuǎn)換交流電為直流電的特點，在LED驅(qū)動類型上又可分為直流電供電和交流電供電兩大驅(qū)動方式。

1.2.1直流電驅(qū)動

直流供電主要應用于小型照明設(shè)備，如手電筒、充電式照明設(shè)備，提供直流電的來源是太陽能電池、干電池等電壓較小的電池。直流供電的特點就是低電壓驅(qū)動，例如一節(jié)干電池，其電壓一般在0.7～1.71V左右，因此LED在利用干電池功能時，還要通過增高電壓使其達到照明的額定電壓值。因此在設(shè)計低壓供電的LED照明設(shè)備上，要綜合最低的供電成本并相對高的增高電壓的效率。

高電壓驅(qū)動，是指對LED照明設(shè)備的供電電壓始終高于LED管壓降，應用此驅(qū)動方式的照明設(shè)備主要是機動車燈、路燈、草坪燈等。此驅(qū)動方式要解決好降壓問題，使其達到LED的管壓降。[2]

1.2.2交流電驅(qū)動

這種驅(qū)動方式也是家用照明最普遍也最常見的LED照明的驅(qū)動方式，因為家用電壓高達220V，所以對LED驅(qū)動電源的轉(zhuǎn)換直流電效率和降電壓要求較高。

交流電驅(qū)動LED照明，要經(jīng)過以下幾個階段：降低電壓、整合電流、穩(wěn)定電流，因此交流電才能轉(zhuǎn)變成LED所適合的工作電流，交流電驅(qū)動方式要考慮縮小、降低其驅(qū)動電源的體積和成本，此外還要做好安全隔離等工作。

2 LED電源驅(qū)動發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

2.1 LED電源驅(qū)動現(xiàn)狀

LED照明在節(jié)能方面的特性及其相關(guān)優(yōu)點，勢必會取代傳統(tǒng)照明，能夠極大改善資源浪費的現(xiàn)象。盡管LED有諸多的優(yōu)點，但是在發(fā)展其產(chǎn)業(yè)鏈上也碰到了許多問題，比如LED有著低電壓直流電驅(qū)動的要求，對于我國生活用電220V的交流電來說，需要為其設(shè)計2～3V的驅(qū)動變換電路，此外不同種類的LED種類，就需要為其設(shè)計和適配相關(guān)的變換電路，無形中加大了LED的生產(chǎn)成本。我國是制造業(yè)大國，LED照明設(shè)備自然也向外國出口，但是外國的生活用電電壓和我國用電電壓不一定相同都是220V，例如美國生活用電電壓為110V，因此LED廠商又要為此設(shè)計相應的變換電路，使得生產(chǎn)成本隨之增加。

2.2 LED產(chǎn)品市場需求

盡管LED有生產(chǎn)和兼容性的問題，但國際市場對LED產(chǎn)品的需求量卻并未因此減少，特別是2009年世界經(jīng)濟因金融危機而陷入低迷，歐美國際市場對于高端LED產(chǎn)品仍有極大的需求量。2017年我國LED芯片企業(yè)仍在不斷擴張，其市場規(guī)模已達到189億元，占據(jù)著全球LED芯片市場份額的54%。

2.3 發(fā)展趨勢

LED具有環(huán)保、使用壽命長的特點，理論上LED持續(xù)照明能達到416天左右，然而在應用的實際過程中，受設(shè)計和驅(qū)動方式等因素的影響，LED產(chǎn)品又較為容易受破壞。

因此LED生產(chǎn)廠商在照明產(chǎn)品設(shè)計上采用阻、容降壓的方式，借此達成穩(wěn)定電壓向LED供電，然而此方式具有轉(zhuǎn)換效率低的特點，降電壓過程中需要消耗相對多的電能，甚至會造成消耗電能過多而不足以供應LED的照明用電量需求。

為了改善LED采用阻、容降壓方式的弊端，改良做法是先穩(wěn)定交流電的恒定電壓，然后通過線性恒流整合，確保電壓能適度負載，按照LED不同的管壓降3～3.6V之間的要求，乘以3V計算出最低電壓值，界定出最終要調(diào)整的電壓范圍。

LED產(chǎn)品具有使用壽命長的特點，但是LED驅(qū)動電源卻有著壽命短的特性，造成這原因的關(guān)鍵是電解電容與工作溫度關(guān)系，在溫度75℃時，電容量會因為電解液蒸發(fā)而使用壽命下降為208～416天之間，具體下降多少取決于當時電解電容的工作溫度，因此在采用無電解電容的照明方案成為LED廠商發(fā)展的新方向，主要體現(xiàn)在IC和電壓陶瓷電容替代電解電容。未來LED驅(qū)動電源的發(fā)展方向?qū)⒓性诟纳乞?qū)動電源壽命短、轉(zhuǎn)換效率等方面。

3 結(jié)論

綜合上述，LED產(chǎn)品具有使用壽命長的特點，但是限于驅(qū)動電源在相關(guān)技術(shù)的限制，在220V生活用電條件下使用還存在相應缺陷，因此對驅(qū)動電源的改良將是LED產(chǎn)業(yè)下一步的重要發(fā)展方向。

參考文獻：

[1]李川.LED驅(qū)動電源可靠性研究與燈具壽命評估[D].廈門理工學院，2017.

[2]蔣天堂.LED的特性及驅(qū)動電源的發(fā)展趨勢[J].照明工程學報，2011，22（03）：5860.

作者簡介：姜忠齡（1984），男，漢族，遼寧大連人，本科，2006年7月畢業(yè)于大連理工大學，自動化專業(yè)，2006年7月起就職于松下冷鏈（大連）有限公司，工程師，研究方向：自動化控制。