led开关电源范文

时间:2023-11-09 23:42:57

led开关电源

led开关电源篇1

近年来,非隔离DC/DC技术发展迅速。目前一套电子设备或电子系统由于负载不同,会要求电源系统提供多个电压挡级。如台式PC机就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四种电压以及待机[,!]的+5V电压,主机板上则需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可能给出这样多的电压输出,而大多数低压供电电流都很大,因此开发了很多非隔离的DC/DC,它们基本上可以分成两大类。一类在内部含有功率开关元件,称DC/DC转换器。另一类不含功率开关,需要外接功率MOSFET,称DC/DC控制器。按照电路功能划分,有降压的STEP-DOWN、升压的BOOST,还有能升降压的BUCK-BOOST或SEPIC等,以及正压转成负压的INVERTOR等。其中品种最多,发展最快的还是降压的STEP-DOWN。根据输出电流的大小,分为单相、两相及多相。控制方式上以PWM为主,少部分为PFM。

在非隔离的DC/DC转换技术中,TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步BUCK,采用这种技术的DC/DC转换效率最高可以达到97%,其中TPS40071等是其代表产品。BOOST升压方式也出现了采用MOSFET代替二极管的同步BOOST的产品。在低压领域,增加效率的幅度很大,而且正在设法进一步消除MOSFET的体二极管的导通及反向恢复问题。

二、初级PWM控制IC不断优化

有源箝位技术历经十余年经久不衰,自从2002年VICOR公司此项专利技术到期解禁之后,各家公司开发的新型有源箝位控制IC如雨后春笋般涌现,给用户提供了充分的选择。

控制早期有源箝位控制技术的TI,不仅保持了原有的UCC3580系列,又新开发了性能更优越的UCC2891-94,它采用电流型控制方式,综合了高边箝位、低边箝位两种控制方案,给出了全新的控制技巧。OnSemi先推出了低压(100V)有源箝位的NCP1560控制芯片,随后又推出了高压应用的控制芯片NCP1280,它既解决了LCDTV等离子TV电源的要求,现在又直指下一代无风扇的PC机电源。

在大功率领域,全桥移相ZVS软开关技术在解决开关电源的效率上功不可没。从TI公司的UC3875到UCC3895,再从Linear公司的LTC1922到LTC3722增加了自适应检测技术,使全桥移相技术达到了顶峰。然而,在同步整流技术普遍应用的今天,它却无法实现最佳的ZVS同步整流。因为全桥移相电路在本质上是属于非对称的,它无法实现完全的ZVS同步整流,由于其开启和关断过程总有一半是硬开关,因而效率比不上对称电路拓扑的ZVS方式的同步整流。最新的科技成果应该是INTERSIL公司推出的PWM对称全桥的ZVS控制IC-ISL6752。它既能控制初级侧的四个MOS开关为ZVS工作状态,又能准确地给出控制二次侧的同步整流为ZVS工作状态的驱动信号。采用这颗IC制作的400W的DC/DC再加上先进的功率MOSFET,转换效率可达到95%。

对于小功率的LED驱动电源,则仍旧是反激变换器的PWM控制IC,但是它必须要能很好地解决二次侧的同步整流的控制方式。OnSemi公司的NCP1207和NCP1377是高压AC/DC领域的佼佼者。若能再配上TI公司的反激变换器的同步整流控制IC-UCC27226,则能使它们成为几乎完美无瑕的高效率电源。低压DC/DC领域中的反激变换器控制IC中,Linear公司的LTC3806则是上乘之作。LTC3806不仅能控制好PWM,还给出准确的二次侧同步整流驱动信号,是低压小功率电源控制IC的杰作。

三、同步整流技术实现高效

从2002年美国银河公司发表了ZVS同步整流技术之后,现在已经得到了广泛应用。这种方式的同步整流系巧妙地将二次侧驱动同步整流的脉冲信号调为比一次侧的PWM脉冲信号的上升沿超前,下降沿滞后的方法实现了同步整流MOS的ZVS方式工作。最新问世的双输出式PWM控制IC几乎都在控制逻辑内增加了对二次侧实现ZVS同步整流的控制端子。例如:Linear公司的LTC3722、LTC3723,INTERSIL公司的ISL6752等。这些IC不仅努力解决好初级侧功率MOSFET的软开关,而且着力解决好二次侧的ZVS方式的同步整流,转换效率可达94%以上。

led开关电源篇2

图1 直流驱动LED光源的系统应用方案

Abstract: as a green, energy-saving LED light source, save electricity, the long life of the fourth generation lighting lamps, and rise of the controversial, the rapid development of the raging fire. The current LED light source is the low voltage (VF = 2.8-3.6 V), large current (IF = 200-1500 mA) of the job of semiconductor devices, should provide appropriate dc to normal light. Direct current (DC) drive LED light source the light technology have more and more mature, because we use the power is the daily lighting: the high voltage AC (AC100 ~ 220 V), so must use antihypertensive technology to get a low voltage, commonly used is transformer or switch power supply step-down, then will exchange (AC) transform into direct current (DC), to transform into a constant DC current source, can urge LED light source to shine. So dc drive LED light source system application solutions is necessarily: transformer + rectifier (or switch power supply) + constant current source (figure 1). LED lamps is bound to have the space to put this module, but to E27 standard snail mouth for the lamps and lanterns of space is very limited, and it is difficult to relocate. Whether through rectifier transformer + switching power supply or blood pressure, the system will have a certain amount of loss, DCLED in ac/dc about transformation between 15% to 30% of the electric power be loss, the efficiency of the system hard to do more than 90%. If can exchange (AC) direct drive LED light source to shine, and system application plan will greatly simplified, the efficiency of the system will be very easily above 90%.

关键词:LED照明LED驱动技术AC LED驱动

Keywords:LED lighting, LED driving technology, AC LED drive

中图分类号:TU85文献标识码:A文章编号:

AC LED驱动技术的现状

1、AC LED驱动发展概况

韩国汉城半导体公司即如今的首尔半导体早在2005年已发明可以用交流直接驱动使其发光的ACLED,其次是美国III-N Technology(3N)发明的单芯片交流发光二极管(AC LED),是首屈一指的大规模商业化生产的交流发光二极管产品。

2008年,台湾“工业技术研究院”也完成可产业化生产并有实际应用系统方案的AC LED产品,可直接插电于60Hz或更高频率的AC 110V交流压使其交流发光,应用于指示灯、霓虹灯、低瓦数照明灯,能有效解决现有 LED 无法直接在交流源下使用,造成产品应用成本较高的缺点。

继On Chip AC LED技术于今年年中获美国100大科技研发奖R&D 100 Award肯定后,工研院(ITRI)结合国内LED中下游产业,包括晶电(Epistar)、光宝(Lite On)、福华(Forward)、鼎元(Tybtek)等19家厂商组成“AC LED应用研发联盟”。

现在全世界只有美国、韩国与中国台湾有此技术,台湾工研院开发出白光、蓝光及绿光AC LED的制程技术,不仅与国际同步,也是全球领先者之一。

2、AC LED驱动技术特点

1)寿命长

使用传统直流驱动的LED灯具,由于驱动变换器寿命比LED光源本身短,故目前很多LED灯具坏掉,并不是LED光源寿命已尽,而是LED灯具使用的交直流转换器先坏掉了。AC LED由于不需要驱动变换器,因此灯具寿命延长至LED寿命,远高于传统灯具寿命。

2)体积小

AC LED在家用电力上的方便性,不需要像DC LED一样另外得帮灯具装上一个交流转直流的转换器,不但节省了驱动变换器的成本,也节省了驱动变换器所需的体积。

3)效率高

传统的LED驱动方式,无论是经由变压器+整流或是开关电源降压,系统都会有一定量的损耗,DC LED在交流、直流之间转换时约15%~20%的电力被损耗,而AC LED由于省掉了驱动变换器,交流输入可以加到AC LED两端,因此理论上电源效率为100%。

AC LED驱动的工作原理

AC LED驱动的工作原理如图2所示。

图2 AC LED驱动的工作原理

将多只LED芯片组合成整流桥,每个桥臂上的LED芯片数量相等,再将一串LED接在整流桥输出端作为负载。

在交流正半周,蓝色通路表示电流流动方向,LED1、LED5、LED4导通发光;在交流负半周,绿色通路表示电流流动方向,LED2、LED5、LED1导通发光。桥臂上的4串LED交替导通发光,中间作为负载的一串LED始终导通发光。

三、AC LED驱动技术目前存在问题及解决办法

1、光效低、可靠性低、功率因数低、最佳工作电压范围窄是目前AC LED存在的问题主要。

1)光效低

由于ACLED的桥臂是两、两交替导通,以构成4个桥臂的LED数量为80只为例,在50Hz的交流输入下,每个半周只有160只LED导通,假设LED完全导通,实际功率仅为9.6W,是实际可达到功率的一半。因此,如果按照320只LED计算光效的话,实际输入功率仅为额定功率的1/2,因此,光效较低。

2)可靠性低

适用于220V交流输入的整流桥,其反向耐压通常为600V、800V,分别针对不同可靠性要求的使用场合。

为了使LED能够导通,就要降低桥臂LED串联数量,而数量的减少,就带来反向耐压的降低。如果按照300V反向耐压设计LED桥臂,虽然LED可以完全导通,但是电路承受浪涌电压的能力大幅下降,LED被反向击穿,可靠性大幅降低。

3)功率因数低

LED具有导通阈值电压,只有当输入电压大于阈值电压后,LED才导通,以1W大功率LED为例,其V-I曲线如图3所示。

图3 1W LED的V-I曲线

由图3可知,标称3.2V的1W LED其导通电压为2.7V左右,假设AC LED的桥臂有40只LED构成,则其总阈值电压为:2*40*2.7=216V。也就是说,只有输入电压大于216V时,LED才导通(如图4所示)。

图4 AC LED导通波形

由于导通阈值电压的存在,AC LED的功率因数较低,只有0.7左右,无法达到>0.9的规范要求,且总谐波含量(THD)也较高。当建筑物中大量使用AC LED时,会对电网注入极大地噪声干扰;同时,由于功率因数低,会使电网中线流过较大电流,降低了供电系统的安全性和可靠性。

2、解决办法:

1)提高反向耐压;

2)增加PFC电路;

3)稳定工作电压。

四、总结

AC LED驱动技术刚刚步入成长期,目前在发光亮度、功率等方面还不够理想,但ACLED的应用简便、无需变压转换器和恒流源,以及低成本、高效率已显现强大的生命力。AC LED的技术在飞跃发展,要不了几年,高亮度、大功率、低成本的产品将大量面世。

参考文献:

[1]沙占友.LED照明驱动电源优化设计第一版.

[2]周志敏.开关电源驱动LED电路设计实例第二版.

[3]张占松.开关电源手册(第3版)人民邮电出版社.

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LED在手机的LCD背光中的广泛应用已经有若干年了。如今其应用正扩展到大面积的LCD应用,包括袖珍PC、汽车导航GPS、数字相框、可携式DVD乃至笔记型计算机。LED也正开始取代家用的、汽车和其它通用光源的传统白炽灯和卤素光源。这一趋势背后的驱动力是技术的快速进步,包括LED更亮,效率更高,价格更具竞争能力。实际上使用LED的理由很简单,就是它们具有高可靠性和更长的寿命,在不需要更换的地方为终端用户提供免维护的产品。 为了在LCD应用中提供均匀的背光,几个白色LED通常沿着LCD的一个边安装。LED的数量正比于LCD的尺寸。对于中等尺寸(7-10英吋),通常共使用20-40个LED。这些LED通常被连接成平行的3个或更多的LED串。为了减少连接点,许多LCD只提供一个2端接口。这里,所有的LED串必须在内部平行连接,然后连接到一个单电源上。 驱动类型 为了在中等LCD尺寸的应用中获得所期望的亮度,要求驱动器在所有的工作条件下能够为LED提供一个可调整的电流。通常,采用两种LED驱动技术:即容性电荷泵和基于电感的交换式稳压器。本文将集中讨论能够为LED提供1-6W功率的电感式转换器LED驱动电路。 电荷泵型LED驱动如今在手机和其它小尺寸的LCD背光应用中普遍使用,原因在于它们的高亮度、低成本和实现容易。电荷泵所需要的外部零组件只有3只或4只电容,且没有电感。不过,其输出功率有限。 虽然一些大功率快闪型LED电荷泵能够提供高达2W的功率,其输出电压最大只能到6V,因此无法驱动2只以上串联的LED。电荷泵中的通道数量(通常为6个)决定了LED的数量。由于更多的通道意味着需要更多的接脚和更大的封装,因此电荷泵限制了在中等尺寸面板中的应用。 LED正向电压(VF),LED电流以及电源电压范围的不同组合,决定了所需的电感型转换LED驱动器的类型,LED VF随着电流、温度和LED型号的不同而变化。出现在最低温度时的最大VF是选择LED驱动电路结构的关键参数,通常是在线性结构、降压或升压结构中进行选择。本文中假定最大VF为3.8V。 当选择LED驱动IC时,关键参数包括开关电流极限、最大输出电压,以及需要保护开路LED条件所需的过压保护阈值等。像电感和电容这类外部零组件也需要仔细选择。 应用实例 以8英吋的LCD模块为例,包括总共9串(每串3只)白色LED组成的背光(图1)。LED串的总电压(LED的VF为3.3V)通常为10V(3×3.3V)。每只LED的电流为20mA,则总驱动电流为180mA(9×20),LED总功耗为1.8W。用一个AC电源配接器提供一个5V电源。一个基于电感的LED驱动器非常适用于该应用。 图1:8英吋LCD模块背光电路。 首先计算处理2W的负载需要多大的开关电流。假定效率为80%,输入电流等于Vout×Iout/Vin×效率=10×0.18/5×0.8=450mA。CAT4139电感型升压LED驱动器具有750mA(最小值)的驱动能力,故很适合于该应用。 电感的电流额定值应该能够处理LED驱动峰值开关电流且不进入饱和。一旦出现饱和,就会出现电流突波,因为此时电感的功能便成了一只电阻,电路不再按照预期工作。合适的电感额定电流应该大于等于80mA。 工作期间LED的最大输出电压应该低于额定最大输出电压。由于3只LED串联,在冷温下,总正向电压可能高达11.4V(3×3.8V)。24V的开路LED检测阈值远高于其极限值。如果LED断开,输出电压将会上升并保持在30V,此时组件处于低功率模式,从电源吸纳的电流仅有几毫安。30V

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步骤/方法

LED路灯电源的选择要点

第一点.根据负载特性选取适当控制方式的LED路灯电源

现在市场上出售的LED路灯电源种类繁多,功能也日益强大,LED路灯电源的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素,除了LED路灯电源本身制造工艺的“先天”条件外,对LED路灯电源采用什么样的控制方式也是非常重要的。下表综述了近年来各种LED路灯电源控制方式的性能特点。

综上所述,异步电动机变频控制选用不同的控制方法,就可以得到不同性能特点的调速特性。

第二点.根据安装环境选取LED路灯电源的防护结构

LED路灯电源的防护结构要与其安装环境相适应,这就要考虑环境温度、湿度、粉尘、酸碱度、腐蚀性气体等因素,这与LED路灯电源能否长期、安全、可靠运行关系重大。

LED路灯电源原理

LED驱动电源是有电路来控制开关管而进行高速的道通和截止。是将直流电转化成高频交流电来给变换器进行变压,使其产生所需要的一组或多组电压!转化为高频交流电的道理是高频交流在变压器电路中的效率要比市电50Hz或60Hz高。因此开关电源变压器可以做到体积很小,在开关电源工作的时候不会很热,产品价格比工频直流稳压电源低.如果不将50Hz或60Hz变为高频电,那么开关电源就没有任何意义。开关电源大体可以分为隔离和不隔离这两种,是隔离型的一定有开关电源变换器,而不隔离的未必一定有开关电源变换器。开关电源与传统直流电源相比具有体积小、重量轻、和效率高等优点

LED路灯电源的分类

1、按驱动方式可分为两大类

1.1 恒流式

a、 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,输出电压也就越高;

b、 恒流电路不怕负载短路,但严禁负载完全开路。

c、 恒流驱动电路驱动led是较为理想的,但相对而言价格较高。

1.2 稳压式

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、 稳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;

2、按电路结构方式分类

电阻、电容降压方式

通过电容降压,在闪动使用时,由于充放电的作用,通过LED的瞬间电流极大,容易损坏芯片。易受电网电压波动的影响,电源效率低、可靠性低。

常规变压器降压方式

电源体积小、重量偏重、电源效率也很低、一般只有45%~60%,所以一般很少用,可靠性不高。

电子变压器降压方式

电源效率较低,电压范围也不宽,一般180~240V,波纹干扰大。

PWM控制方式开关电源

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太阳能是一种可再生的清洁型能源,LED是一种节能、环保的固态电光源。二者的结合太阳能半导体照明是最佳的环保节能组合,独立光伏LED照明系统就是二者的完美结合。本文从系统组成、充电控制、放电设计、调试等四个方面研究了独立光伏LED照明系统的设计与实现。

【关键词】独立光伏 LED 照明系统 设计

能源问题和环境问题是关系到人类社会可持续发展的重要问题,太阳能是取之不尽用之不竭的绿色能源,太阳能的应用备受关注。独立光伏LED照明系统结合了太阳能发电和LED光源的优势,实现了最大能效的发挥。基于以上,本文对独立光伏LED照明系统的设计与实现进行了简要研究。

1 系统组成分析

独立光伏LED照明系统工作的过程中,通过光伏电池阵列来吸收光能,并将吸收到的光能转换为太阳能,从而为LED照明提供电力能源。传统的光伏LED照明系统中,LED恒流驱动电路和DC-DC变换电路是相互独立的,系统有着复杂性、效率低、可靠性低的缺陷,两个相互独立电路在结构上和原理上有着一定的相似性,而光伏LED照明系统不会同时进行充电过程和放电过程,因此可以引入双向变换器,以此来实现电路的简化,优化光伏LED照明系统性能,如果引入的双向变换器只具备单一的降压功能或升压功能,则势必会对系统的灵活性造成影响,同时限制了系统的适用范围,因此可以引入Zeta/Sepic双向变换电路。系统的结构图如图1所示。

在充电电路和放电电路中都采用Zeta/Sepic双向变换,通过控制器实现在LED负载和光伏电池之间的切换。在充电的过程中,转换开关切换到光伏电池,通过Zeta变换器实现蓄电池的充电,在放电的过程中,转换开关切换到LED照明负载,通过Sepic变换器来给LED照明负载供电。

2 放电设计

在放电的过程中,切换控制开关与LED照明负载连接,蓄电池主要为LED照明负载提供电源,其等效电路图如图2所示,蓄电池通过Sepic变换器向 LED照明负载的供电。

在电流连流的工作模式下,主开关管Q2导通,则蓄电池箱L2储能,此时C1和L1两条回路处于导通状态,LED照明负载的电能由C2提供;主开关管Q2断开的时候,蓄电池经过L2、C1、D2之后,实现向LED照明负载的供电,此时L2、L1以及C1三条回路处于导通状态。

LED特性曲线有着非线性的特征,且其对温度十分敏感,因此在供电的过程中需要采用恒流电源,以Sepic变换器为基础,采用电流闭环控制方式,以此来实现LED照明负载的恒流驱动。将LED驱动芯片为控制芯片,最好采用使用滞回流模式控制的芯片,这样就不需要复杂的辅助回路条件来瞬间响应,从而适合于蓄电池的LED驱动控制。驱动芯片内部有着较为复杂的控制逻辑,但其管脚相对较少,只需要在合适的选取元件就能够实现对目标的有效控制,对于使用者来说十分方便。

3 调试

充电电路着重研究8:30-17:30时的实验数据,对典型测试时刻系统采用的充电方式进行记录,蓄电池初始荷电状态为70%时,根据充电方式记录数据表明,充电控制器能够依照控制流程根据蓄电池所处工作状态在MPPT充电、恒压充电以及浮充三种方式之间进行切换,有效利用了太阳能,对于延长蓄电池使用寿命有着积极的意义。其调试时刻充电方式记录表如表1。

光伏LED恒流驱动电路设计中,当蓄电池端电压和环境温度出现变化的时候,应当保持流过LED支路电流保持恒定,经过实验测试来看,蓄电池电压出现升高或降低等变化的时候,通过示波器能够对流过LED之路电流的变化情况进行观察发现,其电流几乎为一条直线,基本没有纹波出现。进一步进行测试,当环境温度出现变化的时候,输出电流也没有出现明显的变化,这说明驱动电路设计有着较好的恒流效果,同时其抗干扰能力较强。

4 结论

综上所述,本文简要分析了独立光伏LED照明系统的结构,并从充电实现和放电设计两个方面研究了系统的设计与实现,旨在为相关研究提供参考。

参考文献

[1]聂晓华,赵忠凯.独立光伏LED照明系统主电路设计与实现[J].南昌大学学报(工科版),2012,04:378-381.

[2]黄克亚,尤凤翔.太阳能LED照明系统充电控制器设计[J].电气传动,2012,11:38-41.

[3]艾叶,刘廷章,王世松.独立式LED太阳能光伏照明系统的设计[J].电力电子技术,2010,02:18-19+69.

[4]汪义旺,张波,林燕.太阳能LED照明用一体化电源设计[J].电源技术,2014,11:2099-2102.

作者单位

led开关电源篇6

郑久云 韩志刚 罗胜钦

摘要:随着地球能源的不断消耗和人们对绿色产品

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郑久云 韩志刚 罗胜钦

摘要:随着地球能源的不断消耗和人们对绿色产品的追求,高效无污染的白光LED越来越受到人们的青睐。文中讨论了白光LED的几种主要驱动方式,并以PT4115驱动芯片为例阐述开关电源驱动电路的原理与应用。

关键词:白光LED;开关电源;PWM调光

中图分类号:TN431

文献标识码:A

led开关电源篇7

关键词:大尺寸;LED背光源;节能环保

中图分类号:TN873 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)20-0006-02

1 LED背光源概述

LED背光源是由平板电脑的兴起而得到了迅速的发展。在物理学上讲,LED就是发光二极管。发光二极管由于它独特的优势自面世之后便得到广泛的发展。如今我们使用的很多家电产品就是应用的发光二极管。最典型的应用就是液晶电视,还有家电的各色指示灯,我们使用的手机键盘灯光以及路边的广告牌等等。使用LED背光源最重要的变化就是改变了传统的金属汞的使用,避免了金属汞以及其他有毒物质带来的危害,符合绿色环保的理念。采用LED背光源还能够降低能耗,实现节能降耗的目标。同时,LED背光源还能够提高图像的品质,并且LED背光源衰变周期长,这样就延长了其使用的寿命。总而言之,LED背光源的使用无论是从节能降耗、绿色环保、节约成本,还是克服技术难关都实现了技术上的一个跳跃。LED背光源正是由于它这些优势而得到了广泛的应用,小尺寸的LED背光源应用产品就有手机、数码相机、录像机、游戏机、GPS等等,大尺寸的LED背光源也广泛应用于各种笔记本电脑、一般桌面液晶显示器、大尺寸液晶显示器等多媒体设备中。

2 大尺寸LED背光源的现况

2.1 LED背光源的标准体系

LED背光源由于其独特的优势而得到业内的高度重视,国内外众多技术人才纷纷对LED背光源的技术不断改进,众多的专家学者也在纷纷研究LED背光源的标准体系。“液晶显示器用背光模组”便是全世界新兴的一个专门研究LED背光源标准体系的目标。而对于LED背光源的标准体系,目前世界上还并未出台很权威的结果,如今还处在一个“百家争鸣”的阶段。目前在国际上专门成立了一个研究LED背光源标准体系的项目组――由IEC/TC110成立的PT6背光源项目组,这个小组汇聚全世界众多国家的专家和技术精英,但目前还正在研究进行中。我国也集结了京东方科技集团、北京京东方茶谷电子有限公司、深圳帝光电子有限公司等众多大型公司研究制定LED背光源标准体系。在起草的方案中将液晶显示器用背光模组标准体系划分为八个部分:顶层、CCFL、LED以及五个通用的部分,在LED背光源中又划分了三个部分:便携式显示用LED背光组件空白详细规范、显示器用LED背光组件空白详细规范、电视接收机用LED背光组件空白详细规范。

2.2 LED背光源行业存在的问题

虽然LED存在很多优势,但目前还有很大一部分发光技术采用CCFL,这主要是由于LED背光源的一些不可避免的问题。

2.2.1 高昂的成本。由于LED背光源技术是近些年发展起来,其应用技术还不是非常的成熟,这就使其性能还不能得到全面的开发,加上LED背光源本身就是高端产品,这就使以LED背光源技术的产品需要比较昂贵的成本,投入市场的产品自然就在价格上更加昂贵,无法适用于普通家庭的消费。据统计,目前LED背光源的价格为COFL背光源的2~5倍左右。LED模块的成本占整个LED背光源成本的30%多,屏幕尺寸越大,采用LED背光技术的成本就越高。

2.2.2 产品专利的问题。产品的专利问题是产品投入市场的一个备受争议的问题,目前对于很多投入市场的很多LED背光源产品都存在专利的争议。尤其是日本规定了很多LED背光源的产品要进入日本市场就必须要符合其专利要求。我国的电子产品技术相对还比较落后,很多的LED背光源产品只能在国内流通,而无法进入国际市场。

2.2.3 市场供应问题。LEO背光源的产品需要两个部分来支撑,即LED和导光板(LGP),而自2010年开始,这两大材料开始出现供不应求的现象。如今,一些大型企业如三星、LG都有自己的供应链,而一些相对较小的厂商缺乏这些材料,因此,很多LED大厂的产能都不能满足现有需求量,这也就间接地造成了LED产品昂贵的价格。

3 大尺寸LED背光源展望

毫无疑问,大尺寸LED背光源有着不可限量的发展前景。总的来讲,大尺寸LED背光源主要趋于以下四个方面的方向发展。

(1)产品更加小巧化、高品质化。如今,大多数产品都朝着以最小的机身实现更多的功能的方向发展。比如我们所用的电脑,从最初的台式电脑到笔记本电脑,到如今更受欢迎的是掌上电脑。LED背光源也不例外,比如LED液晶电视,它采用新型的LED光源技术取代了传统冷阴极荧光灯,这样通过采用侧边式LED背光的液晶电视实现了传统产品难以比拟的纤薄机身。在未来,随着LED背光源技术的不断发展,其产品能实现更加小巧化,也就实现了更为经济节能的电力消耗、更为出色的画质。

(2)LED背光源更加节能环保。未来的LED背光源采用侧发光式动态背光源以及低功耗技术,改变传统的大功耗INVERTOR技术,通过在侧发光式LED大尺寸背光源上引用local dimming技术,能够大大降低背光源的功耗。同时,未来推出的侧发光式LED大尺寸背光源技术更是集合了超薄、美观、LED、低功耗的优势,并且LED背光源技术完全没有参入Hg,这样不仅能够更加节能降耗,也更加的绿色环保。

(3)更好的散热性能。散热性能差是目前很多大尺寸LED背光源产品的一个特性,也是其在推广过程中受到的阻碍因素。而这个问题一方面是由于LED背光源的技术发展还不够成熟,另一方面是LED灯的功率比较高,并且有一定的能量以热的形式释放,而背光源对热信赖性要求比较严格,过热影响电路元器件性能、降低LED灯的发光效率、膜材方面产生褶皱现象造成背光源mura不良、背光源局部温度过热,在模块做老化试验的时候产生液晶工作不稳定现象。如今众多厂商正在竭力地对此问题进行研究,并采用灯条铝基板技术、封装技术、LED灯模块技术等技术,有效地提高了LED背光源技术产品的散热性,在未来,相信其散热性能会更好。

(4)供应链问题。供应链问题是LED背光源发展面临的一个迫切问题,对此,很多厂家都纷纷采取相应的对策,比如把LED封装厂纳入到自己合作伙伴上、采用同样亮度档的基础上色度混频技术等方式降低LED成本费用和扩大供应范围,应对由于材料紧缺而导致的供应链问题。

4 结语

总之,大尺寸LED背光源已经逐步深入我们的生活之中,将会得到更加广泛的发展,并能够更加提高我们的生活品质。

参考文献

[1] 王莹.大尺寸背光源、照明应用成为LED市场热点

[J].中国电子报,2009,(7).

[2] 苏遵惠.大尺寸LED背光渐成主流 提高发光效率是关键[J].中国电子报,2009,(8).

[3] 施宇飞,杨洁翔,朱文清,李抒智,马可军,王峰,庄美琳.液晶电视用LED背光源的热特性与光色特性之间的关系[J].照明工程学报,2012,(5).

[4] 友达展出先进3D显示技术 全球最大21∶9家庭剧院格式3D液晶电视面板及全球首款全视角裸眼3D面板亮相[J].现代显示,2010,(12):50.

led开关电源篇8

【关键词】LED;照明;驱动电路

面对着全球能源急剧短缺而使忧虑不断增加的大环境下,节约能源成为我们人来未来所要面临的重要问题。在照明领域里,LED发光产品的广泛应用引起了人们的普遍关注。它作为新型的绿色光源产品,它的优势不断呈现,是发展的必然趋势,未来将是以LED为代表的新型照明时代。

1.LED概述

1.1 基本概念

LED是一种将电能转化为光能的电子零件,同时它还具备二极体的特性,也就是具有一个正极和一个负极,LED最特别的一个地方是它只有从正极通电才会发光,所以一般地当对它给予直流通电的时候,LED能够稳定地发光,但是当遇上交流电的时候,LED就会闪烁。LED的发光原理是给它外加电压,让电子和电洞在半导体内相结合,然后将能量以光的形式释放出来,使其达到发光的效果,因此LED属于冷性发光。近些年来LED最具吸引力的发展是在蓝光LED上面涂上荧光粉,将蓝光转化为白光的LED产品。

LED是通电的时候发光的半导体材料制成的发光元件,材料使用III-V族化学元素(如:磷化镓(GaP))等半导体制成,核心为PN结。通常它有P-N结的I-N特性,就是正向时能够导通,反向时就截止,并被击穿。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴是反向由P区注入N区。进入对方区域的少子的一部分和多子复合而发光。

光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关,即

λ=1240/Eg(mm)

上面公式中Eg的单位为伏特,如果产生可见光,半导体材料的Eg应该在3.26~1.63eV范围内。

1.2 LED照明的特点

LED具备点光源与固态光源的特性,因此它具有节能、寿命长、安全性好、绿色环保等优点。

(1)耗电量少

LED灯是直流驱动,超低功耗(单管0.03-0.06瓦)电光功率转换接近100%,如果是白光LED灯的能耗只是普通白炽灯的1/10,节能灯的1/4,在相同亮度下,比传统照明节能80%以上,可省去一半的照明电费。

(2)寿命长

一个LED灯的使用寿命可达5万个小时,比荧光灯的寿命长接近10倍。以每天使用14小时计算,LED灯的使用寿命近10年。它采用固体冷光源和环氧树脂进行封装,不存在灯丝易燃烧、光衰、热沉积这些缺点。

(3)绿色环保

环保效益更佳,光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,不会产生电磁干扰,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。

(4)安全性好

LED灯采用冷光源,无辐射,不含汞、钠等危害健康的物质,可以安全接触。

最大特点:无须暖灯时间。

1.3 LED灯的发光效率

荧光灯的发光效率大约在55-80lm/w,有的达到72lm/w,而LED灯的发光效率在100lm/w以上,而且还在不断上升。目前它们的差别接近一倍,随着LED技术的发展可能达到3倍或更高。36W的荧光灯一共发出2592流明,但是荧光灯的光效只有70%,因此流明数仅为1814.4;而LED的光效超过130lm/w,设100lm/w,只要18W就能达到1800流明,因此要相同亮度LED灯只要荧光灯的一半即可(见表1表2)。

2.实现方案

设计思路:要将高压的交流电变换成低压的直流恒流源,才能点亮LED灯。最经济有效的方法是适配器。AC220V由适配器在灯具外的安全降压变换,向LED灯提供稳定的12V直流电源,在灯具底座安装恒流源电压板,将直流电压转换成稳定的直流恒流源,再安装一个开关。

2.1 电源控制

图2.1 整流稳压电路图

日常的220V电压加在4个二极管组成的单向桥式整流电路之间,220V交流电经过整流后被送到R电阻处,通过R的电路限流,电容进行滤波和稳压管稳压,得到直流的稳定电压,保持后面电路的正常工作。

整流:提高输出电压中的直流成分,降低其中的脉冲成分。

滤波:一方面尽量降低输出电压中的脉动部分,另一方面尽量保留其中的直流成分,使输出电压接近理想的直流电压。

稳压:稳压二极管的特点是击穿后,两端的电压基本保持不变。当把稳压管接入电路后,若电源电压发生波动,或者其他原因造成电路中各点电压变动的时候,负载两端的电压将基本被保持。

2.2 驱动电路

2.2.1 适配器

要点亮LED光源先要将交流电变换成直流恒流源,经过驱动芯片输出来实现。适配器(Adapter)是既经济又有效的降压和交直流变换的方法。适配器的输出电压在DC12V稳定不变,输出电流根据LED的功率进行选择,1W白光LED的工作电流为350mA,3个LED灯串联需要的电流还是350mA,如果降低光衰和延长LED的寿命,就设计为300mA--330mA,对于LED的发光亮度影响不明显,适配器的输出电流应该选择750mA-1A。

2.2.2 驱动芯片

LED的驱动通常分为三种:镇流电阻驱动、恒压驱动和恒流驱动。在选择LED的驱动芯片时,应该考虑集成度高、性能较好、应用电路简单、价格较低廉又性价比有优势的芯片,本文的设计将采用恒流驱动设计,因此选择了PT4115恒流驱动芯片。PT4115适用于1~6W的白光LED灯驱动时只要四个零件:Cin是输入滤波电容,Rs设定流过LED的电流IF,Rs=0.1/ILED;L是续流电感,D5是续流二极管。PT4115的开关频率采用抖频技术有效降低EMI,省略了抗EMI电路。

PT4115芯片具有如下的应用特点:

(1)电感越大,工作频率越低,恒流效果越好;

(2)输出电流越大,需要电感值越小,电感选择方便;

(3)输出电压越高,效率越高,3颗1W串联比1颗3W效率高;

(4)系统损耗由Rs损耗(0.1*Iout)、电感DCR损耗(DCR*Iout2)、功率开关导通损耗(Rsw*Iout2)、功率开关开关损耗(正比于开关频率)等主要部分组成;

(5)通常电感越大,功率开关损耗越小,但是DCR会变大,对应电感损耗变大;

(6)反馈电压100mV,Rs损耗业界最小,功率开关导通电阻Rsw为0.6欧姆,也较小,效率高于一般产品;

(7)内部带过温保护功能,外部也可设计过温保护,对LED有着双重保护;

(8)采用SOT89-5封装,热阻仅为45℃/W,散热特性很好。

3.电路设计

3.1 工作原理

LED工作的主要参数是VF/IF,其它相关的是颜色/波长/亮度/发光角度/效率/功耗。

LED是一个PN结二极管,只有施加足够的正向电压才能传导电流,VF正向电压是为LED发光建立一个正常的工作状态。IF正向电流是促使LED发光,发光亮度与流过的电流成正比例。LED VF标称电压:3.4V±0.2V。LED IF工作电流按应用需要选用,各挡不能混用。

3.2 电路组成

图3.2.1中D1-D4组成单相桥式整流电路,将交流电转换成直流电,即不管U1输出什么,经过整流桥后输出的都是直流电,确保PT4115驱动芯片输入稳定的直流电,保证电路正常工作,桥式整流电路二极管一般用1N4007。

C1是滤波电容,把脉冲直流变成平滑的直流。选择型号为100uF/25V的电解电容。

R1是取样电阻,用以控制PT4115输出电流的大小,决定着恒流源的绝对精度。R1的阻值与负载电流大小有关,公式计算为:

R1=

由于负载是3个串联的1W LED,额定电流为350mA,则采样电阻R1的大小为:

所以R1选择阻值约为0.2857Ω的金属膜电阻。

L是整流电感,是整个电路的关键元件,功能是把100KHz的脉冲电流变成三角波电流,L的电感量会影响工作电压范围内恒流源的稳定性。PT4115的最佳工作频率在1MHz以下,电感量大了小会影响其工作频率,因此本方案的电感在68uH以上,确保工作频率在1MHz以下。电感量小了,工作频率趋高,由于PT4115内部电流检测电路响应速度限制,对内部电流正常检测出现影响,不能更好的实现对内部开关的导通/关断控制。另外电感量太小还会导致PT4115的SW端烧坏,而无输出。所以此设计中L的电感量应选用68uH—100uH,Q值大于50,饱和电流大于800mA的磁路闭合电感器。

D5是续流二极管,在晶片内部MOS管处于截止状态时为储存在电感中的电流提供放电回路。由于工作在高频脉冲状态,D5应选用正向压降小,恢复速度快的肖特基二极管。

芯片PT4115的DIM端可外接PWM脉冲或直流电压调光,也可以接热敏电阻作辅助温度控制和自动亮度控制。由于本设计中不用到调节LED灯亮度,故DIM端悬空如图3.1.2。

如果电灯需要加入过热保护,可以在DIM段加上热敏电阻、NTC或者温度二极管,DIM端的电压由Rup和NTC分压决定,利用模拟调光原理和温度对PN结电流的负反馈实现动态温度控制,实现动态过温保护。

4.结论

本文从半导体照明的基本概念和LED的优点出发,对比了目前常用照明材质的发光效率和电耗;文章确定了恒定电流去驱动方式,设计了一个简单的LED电路,讲述了它的工作原理和电路图;证明了LED技术对照明行业的发展产生的深远影响,是新型的照明产品,将进入千家万户。

参考文献

[1]江磊,江程等.LED恒流驱动电路效率研究[J].光源与照明,2008(1):89-92.

[2]华晓.LED节能灯使用的可行性分析[J].机电信息,2010(36).

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