1、简介
LED驱动器(LEDDriver),是指驱动LED发光或LED模块组件正常工作的电源调整电子器件。由于LEDPN结的导通特性决定,它能适应的电源的电压和电流变动范围十分狭窄,稍许偏离就可能无法点亮LED或者发光效率严重降低,或者缩短使用寿命甚至烧毁芯片。现行的工频电源和常见的电池电源均不适合直接供给LED,LED驱动器就是这种可以驱使LED在最佳电压或电流状态下工作的电子组件。
由于LED应用几乎遍及电子学应用的各个领域,其发光强度,光色以及通断控制等变化几乎是无法预估的,所以LED驱动器也就成为几乎是一对一的伺服器件,使这个器件家族成员变得五花八门。最简单的LED驱动器(如果能这样称呼它的话)可能就是一个或几个串并联的阻容元件在回路中分流分压,它根本不成其为一个独立的产品。而对于要求提供稳定的恒流恒压输出的更普遍的商业应用,则形成了一系列有精确的电源调整能力的系统解决方案。实现这些解决方案,通常需要比较复杂的电路设计,其核心是LED驱动IC的集成化应用。通过在LED驱动IC外围设置不同的支持电路,构建针对不同的LED应用解决方案,小到手机显示屏背光和按键灯光驱动,大到大功率LED路灯和大型户外LED显示屏等。
比较通用的大功率LED驱动器设计和供应,一般都由专业公司担当。这些公司将其二次封装成模块后供应给LED终端应用产品制造商。而不太通用的LED终端应用产品的驱动设计,可能需要自己动手设计。它成为这个LED终端应用产品独具技术含量的重要组成部分。因为作为封装产品的LED在上游,其技术性能已经固化在LED产品中,而打造独具特色的终端LED应用产品,对光源而言除了在LED驱动功能上下功夫之处,其它还可以打拼的地方已经不多了。
由于LED驱动器在LED应用产品上的独到重要性和广泛的用户需求,使得作为LED驱动器的心脏部件的LED驱动IC成了整个技术环节中的关键元素。促使很多生产商,其中不乏上市公司,以LED驱动作为其主营产品,向下游产业大量供应LED驱动IC,如杭州士兰微、深圳泉芯电子、深圳光华源科技、深圳国微电子、华润矽威科技,台湾地区的点晶科技、聚积科技、广鹏科技、台晶科技、飞虹、茂达、圆创等等。在这领域的具有行业领袖风范的美国厂商也不少,如美国国家半导体公司、美信、德州仪器、安森美、凌特公司、飞兆半导体等等。
LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器,通常情况下:LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。
2、特点
根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求,在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点:1.高可靠性特别像LED路灯的驱动电源,装在高空,维修不方便,维修的花费也大。2.高效率LED是节能产品,驱动电源的效率要高。对于电源安装,LED驱动电源在灯具内的结构,尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降,所以LED的散热非常重要。电源的效率高,它的耗损功率小,在灯具内发热量就小,也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。3.高功率因素功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器,没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大,但晚上大家点灯,同类负载太集中,会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源,据说不久的将来,也许会对功率因素方面有一定的指标要求。4.驱动方式通行的有两种:其一是一个恒压源供多个恒流源,每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式,组合灵活,一路LED故障,不影响其他LED的工作,但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电,LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点,但灵活性差,还要解决某个LED故障,不影响其他LED运行的问题。这两种形式,在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式,在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。5.浪涌保护LED抗浪涌的能力是比较差的,特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外,如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应,从电网系统会侵入各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入,保护LED不被损坏的能力。6.保护功能电源除了常规的保护功能外,最好在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高。7.防护方面灯具外安装型,电源结构要防水、防潮,外壳要耐晒。8.驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。9.要符合安规和电磁兼容的要求。随着LED的应用日益广泛,LED驱动电源的性能将越来越适合LED的要求。
3、分类
驱动方式可分类
(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。d、应注意所使用最大承受电流及电压值,它限制了LED的使用数量;(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;d、亮度会受整流而来的电压变化影响。
电路结构方式分类
(1)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。(2)电阻降压方式:通过电阻降压,受电网电压变化的干扰较大,不容易做成稳压电源,降压电阻要消耗很大部分的能量,所以这种供电方式电源效率很低,而且系统的可靠也较低。(3)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。(4)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。(5)RCC降压方式开关电源:稳压范围比较宽、电源效率比较高,一般可以做到70%~80%,应用也较广。由于这种控制方式的振荡频率是不连续,开关频率不容易控制,负载电压波纹系数也比较大,异常负载适应性差。(6)PWM控制方式开关电源:主要由四部分组成,输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。PWM开关稳压的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件导通的脉冲宽度,使得开关电源的输出电压或电流稳定(即相应稳压电源或恒流电源)。电源效率极高,一般可以做到80%~90%,输出电压、电流稳定。一般这种电路都有完善的保护措施,属高可靠性电源。3。按电源安装位置分类驱动电源按安装位置可分为外置电源和内置电源。(1)外置电源顾名思义,外置电源就是把电源安装在外面的。一般电压比较高,对人有安全危险的,就需要外置电源。与内置电源的区别就是电源加了一个外壳,常见的有路灯。(2)内置电源就是把电源安装在灯具内,一般都是电压比较低,12v到24v,对人没什么安全隐患。这个常见的有球泡灯。
4、应用
从大功率LED主要应用市场----景观灯,来分析大功率LED市场,景观照明市场作为LED照明的最大应用市场,所占的份额大约在43%。它的新一轮快速增长必将带动整体LED照明产业的快速发展。上海、厦门、北京、大连、南昌等一些大中型城市的景观照明已经颇具规模,完成了相当部分的LED照明示范工程,这些在大中城市示范工程的顺利完成加上在奥运场馆的成功运用,预示着LED照明在景观照明方面的技术已渐趋成熟。不管是国内或者国外,城市的景观都是一个城市的标志性建筑产物,而作为景观照明的霓虹灯正在世界各地因能源,节能,环保等问题逐渐被LED景观灯所代替,世界各地大约有70多万个城市,以一个城市5000盏计算,一盏灯1000元左右计算,光这些所产生的巨大经济效益是不可预估的。
驱动器是LED照明的核心部件,随着LED芯片技术的成熟,LED光源的质量已经非常可靠,很多情况下LED灯具的故障都是来自驱动器。大功率LED驱动电源属于新兴产业,尚未形成集中的产业聚集,因此,区域性不明显。且进入行业的企业数量并不多,因此,竞争激烈程度较低。
5、不足
LED驱动电源存在不足的原因:(1)生产LED照明及相关产品的公司的技术人员对开关电源的了解不够,做出的电源是可以正常工作,但一些关键性的评估及电磁兼容的考虑不够,还是有一定得隐患;(2)大部分LED电源生产企业都是从普通的开关电源转型过来做LED电源,对LED的特点及使用认识还不够;(3)关于LED的标准几乎没有,大部分都是参考开关电源和电子整流器的标准;(4)大部分LED电源没有统一,所以量大部分都比较小。采购量小,价格就偏高,而且元器件供应商也不太配合;(5)LED电源的稳定性:宽电压输入,高温和低温工作,过温、过压保护等问题都没有一一解决;首先是驱动电路整体寿命,尤其是关键器件如:电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命;其次是LED驱动器应挑战更高的转换效率,尤其是在驱动大功率LED时更是如此,因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散,电源转换效率的过低,影响了LED节能效果的发挥;在功率较小(1-5W)的应用场合,恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1/3,已经接近了光源的成本,一定程度上影响了市场推广。
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