LED驱动方案技术比对分析
文章来源:恒光电器
发布时间:2015-09-07
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一、高压LED的概念
“高压LED”是一种由LED厂家提供串联好的小功率LED，国际资讯，如图1所示，它是集成LED的一种;而如图2所示的集成LED和前者的主要区别是：前者是全部串联，照明方案，后者是串并联。集成LED的特点是在大晶片上采用开槽的方法，将其切割成若干小LED，然后用绝缘层把这些沟槽填平，按照串并联要求铺设连接各个LED的导线。
图1 高压LED(全部串联)
图2 高压LED(串并联)
本文所讨论的线性高压LED驱动方案，是较小电流(小于100mA)、较高电压的LED驱动方案。
LED的负载特性如图3所示，根据LED的负载特性，高压LED需有一种可控恒流源来控制。经过整流的工频交流电电压，如将此电压直接加到输出LED上，就无法实现恒流，即整个工频周期内通过LED电流不恒定：一、无法实现亮度的控制;二、LED灯珠寿命大大缩短。根据控制要求不同，主要的恒流控制方法有：开关电源驱动、阻容降压驱动、恒流二极管以及线性高压驱动。
二、技术路线“PK”
1、线性高压驱动vs高频开关电源驱动
在LED灯珠负载里串接MOSFET，让MOSFET闭环受控于LED负载电流，工作在线性区，使线路产生“恒流-变压”效果，这样在LED负载通过的就是恒定电流，而串接的MOSFET承受了变化的电压。这类似LDO(Low Dropout Regulator低压差线性稳压器)的工作原理。简单说来，这就是线性高压驱动LED的工作原理。
高频开关电源驱动是通过高频开关、磁性元器件，将交流市电转换为LED需求的电压、电流。高频开关电源驱动又分为隔离和非隔离两种。
相比与高频开关电源，线性高压方案的优点主要是：线路简单，电路工作在工频线性模式， led亮化工程，不是在高频模式，省去了高频电感，同时没有EMI的问题，省去了EMC电路。
而高频开关电源驱动相比于线性高压方案，在线路复杂许多，CCC认证，但可以灵活实现各种负载输出需求。两者应用场合不同，企业资讯，严格意义上讲不具有可比性。我们接下来着重比较线性高压方案和它的主要对手：传统阻容降压方案和二极管驱动方案。
2、线性高压驱动VS阻容降压驱动VS二极管驱动
阻容降压工作原理是利用电容在一定交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流，电容降压实际是利用容抗限流，而电容器起到限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。如图4，LED照明品牌，由于整流管的导通电阻只有几欧姆，稳压管VS的动态电阻为10欧姆左右，装修照明，限流电阻R1及负载电阻一般为100-200欧姆，而滤波电容一般为100uF-1000uF，行业资讯，其容抗小，可忽略。若用R代表除C1以外所有元器件的等效电阻，可以画出如图4中下图的交流等效电路，同时满足了>R的条件，所以可以画出电压向量由于R甚小于，R上的压降也远小于C1上的压降，所以VC1与电源电压V近似相等，即=V。根据电工原理可知：以1uF、50Hz交流电为例，串联电容容抗=3185欧姆(1/2*3.14*50*10e-6)，整流后的直流电流平均值Id。
恒流二极管方案是用恒流二极管直接驱动LED，照明资质，但我们把恒流二极管用于LED驱动时必须注意选择恰当的电流和耐压。
1、最低电压。由于恒流二极管需要一定的电压Vk才能够进入恒流，太低的电源电压是无法工作的。通常这个Vk大约在5-10V左右，所以大多数采用电池供电的LED无法工作。
2、最大电流由于恒流二极管的功耗受到限制，所以过大的电流也是不合适的。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二极管就很难提供。
3、目前比较合适的使用场合就是交流市电供电的LED灯具，LED射灯，采用很多小功率LED串联，LED-T5一体化灯管，也就是高压小电流的情况最为合适。
图5就是一种用于球泡灯的恒流二极管驱动源。其负载是80颗3014，LED照明企业，总功率为8W，所用的恒流二极管也是恒流在30mA。假如手头的恒流二极管只有5mA的，就需要6个并联。
在这里，LED-T5一体化灯管，恒流二极管的作用就是要在输入市电电压变化时，保持输出电流不变。但是由于恒流二极管的耐压有一定限制，所以它能吸收的电源电压变化也有限。就拿100V耐压的CRD来说，建筑照明，用在220VAC市电电源里，都还只能对付有限的电压变化，220VAC经过桥式整流以后它的输出直流电压大约为311V。如果市电变化-10%-+20%，就相当于整流后为280V-373V，电压变化93V。假如所用的LED为80颗，那么总电压为240V，当市电电压波动到264VAC时，经过桥式整流以后是373V。这时压差已超过恒流二极管的耐压，安全性大大降低，所以在运用中LED的电压受到严格限制。(整理/尹明权)
图3 LED负载特性
图4 阻容降压驱动高压LED示意
图5 采用恒流二极管作为LED驱动电源
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