LED与驱动技术.pptx
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1、题 目:LED与驱动技术Jason zou目目 录录LED及其特点及其特点1LED电源驱动电路设计电源驱动电路设计23 31设计要点设计要点目目 录录LED及其特点及其特点1LED驱动电路的设计驱动电路的设计2设计要点设计要点3 3LEDLED及其特点及其特点 什么是什么是LED LED是发光二极管的简称(Light Emitting Diode)LED是一种固体光源,当它两端加上正向电压,半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合,放出的过剩能量将引起光子发射。采用不同的材料,可制成不同颜色有发光二极管。LED及其特点及其特点早期的早期的LEDLED:功率几十mW,光效最高1Lm/W,只能用于
2、显示领域大功率大功率LEDLED:单管功率超过1W,光效超过20Lm/W,可白光可彩色,进入照明领域成为可能目前水平:目前水平:商用LED光效达160Lm/W(CREE,2011.1),有些实验已达231Lm/W(CREE,2011.5)0.01W0.5W1W3WLEDLED照明照明的优点的优点节能高光效:能耗较白炽灯减少80%稳定性:长寿命,高流明维持率安全:低电压带来更好的安全性环保:无有害金属汞小型化:LED芯片3-5mm正方形,可制成各种形状,易隐蔽响应时间:白炽灯响应时间为毫秒级,LED灯为纳秒级,且开关次数与寿命无关控制灵活:轻松控制颜色与亮度变化,实现多种控制模式全固态,抗振性能
3、好冷光束,无紫外线(UV)辐射LED照明技术的主要应用领域照明技术的主要应用领域景观照明景观照明交通信息显示交通信息显示道路、桥梁照明道路、桥梁照明室内照明室内照明大屏幕显示大屏幕显示汽车照明汽车照明LED背光源(手机、背光源(手机、MP3、液晶电视)、液晶电视)LED照明技术的应用领域照明技术的应用领域 LED及其特点及其特点LED是一种可发光的二极管,除了具有发光特性外,还具有普通半导体整流二极管的特性。LED的伏安特性曲线可以划分为正向特性区、反向特性区和反向击穿区LED伏安特性曲线LED的伏安特性的伏安特性LED的伏安特性的伏安特性OA段:正向死区 VA为开启LED发光的 电压。比如红
4、色(黄色)LED的开启电压一般为0.20.25V。AB段:工作区在这一区段,一般是随着电压增加电流也跟着增加,发光亮度也跟着增大。但在这个区段内要特别注意,如果不加任何保护,当正向电压增加到一定值后,那么LED的正向电压会减小,而正向电流会加大。如果没有保护电路,会因电流增大而烧坏发光二极管。OC段:反向死区 LED加反向电压是不 发光的(不工作),但有反向电流。这个反向电流很小,一般在几A之 内CD段:反向击穿区 LED的反向电压一般不要超过10V,最大不得超过15V,否则就会出现反向击穿,导致LED报废。LED伏安特性曲线 LED的伏安特性并不是固定的,是随着温度而变化的,所以在恒压供电时
5、,LED电流随温度变化而变化,因为LED的伏安特性具有负温度系数的特点。LED伏安特性的温度系数 (1)单向导电;(2)LED有门限电压。LED的门限电压和正常工作时的正向 压降与LED的光色有关;(3)具有非线性的伏安特性曲线,电流与电压不成正比;(4)LED光通量随电流增大而增加,但不成正比;(5)对温度敏感,结温升高时,光输出减少,正向电压降低;(6)离散性较大LED的基本特性的基本特性LED的基本工作条件的基本工作条件(1)输入直流电压不低于LED正向压降;(2)采用直流电流或单向脉冲电流驱动;(3)对LED电流加以限制,以防止LED损坏;(4)由于LED电流与其光通量之间的非线性关系
6、,LED应该 在光效比较高的电流值下工作;(5)优良的散热设计。电源的设计电源的设计LED电源的质量直接制约了电源的质量直接制约了LED产品的可靠性产品的可靠性,因此,国际市场上国外客户对因此,国际市场上国外客户对LED驱动电源的效驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高,因为电源在整个兼容的要求都非常高,因为电源在整个LED应用应用中的作用就好比像人的心脏一样重要。中的作用就好比像人的心脏一样重要。LED为什么要恒流驱动为什么要恒流驱动1、LED是一个非线性器件,正向电压的微小变化会引起正向电流的很大变化!3.3V时为
7、20mA的LED,用三节干电池供电,新电池电压可达4.5V,电流超过100mA,大了5倍,很容易烧毁2、1W大功率LED,如果正向电压变化10%(从3.4V降低到3.1V),会引起正向电流从350mA降低到100mA,变化3.5倍LED为什么要恒流驱动为什么要恒流驱动3、LED是一个半导体二极管,它的伏安特性随温度而变化(-2mV/oC)假如用恒压电源供电:温度增加至85度,正向电流从20mA增加至35-37mA,而亮度不增加。温度降低至-40度时,正向电流从20mA降低至8-10mA,亮度降低。所以用恒压源供电是不合适的,而需要用恒流源供电。LED为什么要恒流驱动为什么要恒流驱动LED为什么
8、要恒流驱动为什么要恒流驱动一般我们认为LED调光只要改变驱动的电流就可以了。从下面的图表可以看出如果改变驱动电流,调光会改变其发光的光谱,而改变色温。LED如何来调光如何来调光所以采用PWM调光,才不至于改变其光谱。如果需要采用PWM调节亮度,就必需要用驱动器才能实现。PWM 调制方式是开关电源中最常采用的控制方式,通过负载端反馈信号与内部产生的锯齿波进行比较,输出一路恒频变宽的方波信号对开关管进行控制,根据负载状况实时调节开关管的导通时间,从而稳定输出电压。工作波形如图。为什么要用为什么要用PWM驱动驱动LED1、用PWM驱动LED,LED的发热量小。LED的损坏或光衰基本上都是灯芯过热造成
9、的。从大量实验来看,在相等的平均电流的情况下,采用PWM方式比模拟方式灯芯温度会低很多。2、用PWM驱动LED,不会改变其光谱。3、可以和数字控制技术相结合来进行控制。4、即使在很大范围内调光,也不会发生闪烁现象。5、可以有极高的调光精确度。6、在负载较重的情况下效率很高,电压调整率好,线性度高,输出纹波小,适用于电流或者电压控制模式存在以下缺点:输入电压调制能力弱,频率特性较差,轻负载下效率下降。其他调制模式其他调制模式PFM控制这种控制方式具有以下优点:在负载较轻时效率很高,工作频率高,频率特性好,电压调整率高,适用于电流或者电压控制模式。存在以下缺点:负载调整范围窄,滤波成本高。PSM
10、控制方式具有以下优点:在负载较轻时率很高,工作频率高,频率特性好,功率管开关次数少,适用于小功率电源管理IC。存在如下缺点:输出纹波大,输入电压调整能力弱。脉宽调光要注意的问题脉宽调光要注意的问题1、脉冲频率的选择因为LED是处于快速开关状态,假如工作频率很低,人眼就会感到闪烁。为了充分利用人眼的视觉残留现象,它的工作频率应当高于1KHz。2、对发声的器件要加以处理。3、脉冲的峰值电流要小于LED标称电流的120%。4、注意PWM的调节步长。LEDLED驱动电源的概念驱动电源的概念 原始电源有各种形式,但无论哪种电源,一般都不能直接给LED供电。因此,要用LED作照明光源就要解决电源变换问题。
11、LED实际上是一个电流驱动的低电压单向导电器件,LED驱动应具有直流控制、高效率、PWM调光、过压保护、负载断开、小型尺寸以及简便易用等特点。开关电源开关电源 开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关晶体管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。PWM控制ICMOSFET开关电源的工作流程开关电源的工作流程 当市电进入电源后,先经过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号,然后经过整流和滤波得到高压直流电。接着通过开关电路把直流电转为高频脉动直流电,再送高频开关变压器降压。然后滤除高频交流部分,这样最后输出供设备使用相对
12、纯净的低压直流电。开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如下:LED 的特性决定了使用不同的开关电源拓扑结构会影响其性能,LED 需要恒流驱动,同时其 I-V 特性决定了其输出电压的自稳压特性,其个体参数的离散性决定了使用不同的连接方式会影响其最终性能。反激变换器由于体积小,结构简单,广泛适用于小于 100W 的场合。由于正激变换器有 LC 输出滤波器二阶极点补偿困难的问题,所以在用恒压电源控制芯片实现
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