《电子技术应用》

大功率LED驱动控制系统面临四大挑战

2016/1/5 8:00:00

  随着大功率LED技术的成熟,大功率LED的驱动设计显得尤为重要。依据大功率LED器件的特性,如果驱动电流过大或者工作温度过高,超出LED元件的承受范围,就极易致使LED器件损坏。因此需要一个恒流、恒温控制的,并有可靠、完善保护功能的LED驱动系统。

  1、大功率LED驱动控制技术的特点

  依据LED驱动电源和电网用电规则的特性需求,在设计和选择LED驱动电源是需要考虑到以下几个方面:

  (1)LED路灯的驱动电源不应该装在高空,这样会给维修工作带来不便,而且维修的花费较大,因此需要选取高性能的驱动电源。

  (2)大功率LED是节能的产品,对驱动电源的要求因此也较高。LED发光的效率会随着LED温度的增高而降低,因此LED内部的散热对LED的正常运行极其的重要。电源的性能高,其损耗功率就较小,在LED内部的发热量就会很小,也就延缓了灯具或者显示器温度的升高。对降低LED的光衰有积极的作用。

  (3)目前LED驱动的方式主要有两种,一是恒压电源供给多个恒流电源,每个恒流电源会单独给各个电路的LED供电,这种方式极其的灵活,如一个LED出现故障,不会影响其他LED的正常工作但是其成本较高。另一种为直接恒流供电,LED通过串联或者并联的方式运行,其成本略低,但其灵活性较差。多路恒流的供电方式在性能和成本方面具有较大的优势,是发展的重点。

  (4)LED的抗浪涌能力较差,尤其是抗反向电压的能力。有些LED的显示屏或者路灯装在户外,由于雷击的感应和电网负载的启用,因此电网系统会出现各种浪涌,对LED有坏的影响。因此LED的驱动电源需要具有抑制浪涌侵入的能力,以确保LED不受到损害。

  (5)灯具在户外安装时,电源的结构应该防潮、防水,外壳也应该耐磨。

  (6)对于电源除了常规保护之外,最好能增加LED温度的负反馈,以防止LED温度的过高而影响光输出的稳定性。

  2、大功率LED驱动控制系统面临挑战

  当精密的恒流电源设计已达到了电源稳定的输出时,电源稳定是光源稳定必要的条件,在电源稳定的前提下,光源输出的电流在长时间的工作中会出现波动的情况。为了获取稳定的电流,提升LED光稳定性,通过控制恒流电源的外围电压,通过电压的大小来调节输出电流。LED驱动系统控制部分的电路设计紧紧围绕单片机,结合键盘及LED数字显示,从A/D进行采样的电压通过反馈和输入的电压相比,对其进行适当的调整,而后经D/A的模拟电压来输入电压。

  结合大功率LED在国内外的发展状况,LED驱动系统主要面临以下的挑战:

  (1)驱动电路的寿命有待提升,特别是关键元件如电容的寿命将对电源的寿命有直接的影响。

  (2)LED驱动器应该向转换效率更高的目标迈进,因为未输出光的功率均以热量的形式散发,而转换效率的过低就会对LED的节能效果产生坏的影响。

  (3)通过较大的调光比例高效地对LED进行调光,同时还可以确保在低亮度及高亮度时颜色特征的恒定。

  (4)减小其成本,现今在小功率的应用场所,恒流驱动电源的成本占据的比例已接近35%,基本是光源的成本,这在一定程度上阻碍了LED在市场上的推广。

  3、大功率LED驱动电路连接的方法

  大功率LED的光效虽然很高,但是单个LED释放的光通量不大,因此通常是若干LED连接使用。多个LED基本的连接方法有串联、并联及串并混合这三种。

  (1)串联

  LED串联的优点是流入支路各个LED的电流相同,所以各个LED发光的亮度也相同。如支路上任意一个LED出现故障,会导致支路上所有LED均停止工作。如果某个LED出现短路,在恒流的方式下对电路没有影响,但是在恒压驱动时,会使得其他LED的电压升高,因此其电流也会增大,可能造成LED的损坏。

  (2)并联

  并联支路上,每个LED工作电压相同,为了使得各个LED工作电流相同,要求各个LED的电压相同。然而由于LED元件参数的区别,并且LED的电压会随着温度的增高而减小,致使工作电流有区别。如果散热性能不好,电流超过额定值就极易造成LED元件的损坏,因此通常情况下不采用并联的方式。

  (3)串并混连

  并联LED或者串联LED需要电路有较高的电流或者电压,因此能够考虑混合连接的方式,把所需的电流或者电压减小至适合的水平。混合连接的方法有先串联后并联及先并联后串联这两种主要的连接方式,其可靠性较高,并且LED发光的亮度也较为均匀。 4、结束语

  大功率LED驱动电源对有效功率、效率转换、恒流精度、电磁兼容、电源寿命等有着严格的要求,因此在LED驱动系统的设计阶段应该利用数字化控制,以期避免调节器线性度问题,以便稳态精度的提高,并得到稳定的电流,确保大功率LED的正常运作。


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