户外LED恒流驱动这些你必须知道！

由于LED是一种具有敏感特性和负温度特性的半导体器件，在应用过程中需要稳定其工作状态并对其进行保护，因此驱动的概念应运而生。该设备的驱动电源要求几乎苛刻，LED不像普通白炽灯，可以直接连接到220V交流电源。LED是2~3伏的低压驱动，必须设计一个复杂的转换电路，不同的用途，要配备不同的电源适配器。国外客户在国际市场上对效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容性的要求都很高，设计一个好的电源必须考虑到这些因素，因为电源在整个灯具中就像人的心脏一样重要。

当led用作其他照明设备或背光源时，需要恒流驱动，原因如下：

1.确保驱动电流不超过最大额定值，这可能会影响驱动电流的可靠性。

2.获得预期亮度要求，并确保每种颜色的一致性。

根据电网规则和LED驱动电源的特点，选择和设计LED驱动电源时应考虑以下几点：

1.可靠性高：特别是LED路灯的驱动电源，安装在高空，维护不方便，维护成本也很大。

2高效：LED是节能产品，驱动电源的效率更高。对于灯具中安装电源的结构来说，这一点尤为重要。由于LED的发光效率随着LED温度的升高而降低，因此LED的散热非常重要。电源效率高，消耗功率小，灯具散发的热量小，降低了灯具的温升。有利于延缓LED的光衰减。

3.高功率因数：功率因数是电网的负荷要求。一般70瓦以下的电器使用，无强制性指标。虽然单台小功率电器的功率因数较低，但对电网的影响较小，但在晚上，当大家都亮起灯时，同一负荷过于集中，会对电网产生更严重的污染。对于30瓦~40瓦LED驱动电源，据说在不久的将来，功率因数可能会有一定的指标要求。

4.这样，组合灵活，一路走来，不会影响其他LED的工作，但成本会稍高。另一种是直流恒流电源，LED串联或并联运行。它具有成本低、灵活性差的优点，还可以解决LED故障，不影响其他LED的运行问题。这两种形式共存一段时间。多通道恒流输出电源具有较好的性价比。这可能是主流方向。

5.浪涌保护：LED浪涌电阻相对较差，尤其是抗反向电压的能力。加强这种保护也很重要。一些LED灯安装在室外，例如LED路灯。由于电网甩负荷和雷电感应，各种浪涌可能会从电网系统进入，其中一些可能会导致LED损坏。因此，LED驱动电源应具有抑制浪涌侵入和保护LED免受损坏的能力。

6.保护功能：除常规电源保护功能外，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：外部安装式，电源结构应防水、防潮，外壳应防晒。

随着LED应用的日益广泛，LED驱动电源的性能将越来越适合LED的要求。

正向压降（VF）和正向电流（IF）之间的关系曲线表明，当正向电压超过某个阈值（约2V）时，通常称为通断电压，可以近似地认为IF与VF成比例。当前主要超亮LED的电气特性见表。从表中可以看出，当前超亮LED的最高IF为1A，而VF通常为2-4V。

由于led的光学特性通常描述为电流而非电压的函数，以及光通量（φV）与中频之间的关系曲线，因此使用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外，LED的正向压降有很大的变化范围（高达1V或更大）。从上图中的VF-IF曲线可以看出，VF的小变化会导致IF的大变化，从而导致亮度的大变化。因此，使用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，影响LED的可靠性、寿命和光衰减。因此，超亮发光二极管通常由恒流源驱动。

LED温度与光通量（φV）的关系曲线，从下图可以看出光通量与温度成反比，85℃光通量为25℃的一半，40℃时间输出为25℃倍。温度变化对LED的波长也有一定影响，因此，良好的散热是LED保持恒定亮度的保证。

由于led的功率水平有限，通常需要同时驱动多个led以满足亮度要求。因此，需要特殊的驱动电路来点亮LED。

1.阻容降压：利用交流条件下电容器的阻抗限制输入电流，从而获得直流电平为LED供电。这种驱动方法结构简单，成本低，但输入不是隔离方案，存在安全风险。而且转换效率很低，无法实现恒流控制。

2.隔离反激电路：反激电路用于通过变压器在二次侧产生直流电平。

然后，该电平的纹波通过光耦反馈到原始边缘，从而自激和稳定。这种电路满足安全调节的要求，输出恒流精度更好，转换效率更高。然而，由于需要光耦和二次恒流控制电路，该系统复杂、体积大、成本高。

3.原边方案：原边方案是在交流原边完全控制输出功率和电流，最精确可以达到5%的恒流精度，二次侧只需要一个简单的输出电路。原始侧主要依靠辅助侧的反馈来控制输出电压，原始侧的电流由限流电阻控制，输出电流的精度通过倍增匝数比来控制。原有的侧边方案继承了隔离反激电路的优点，同时结构简单，尺寸可实现，成本低。

原边恒流精度：由于变压器的生产精度难以控制，使用劣质变压器时，原边方案的输出电流漂移较大。因此，原侧方案通过改进增加了二次侧恒流控制电路，因此虽然比普通的原侧方案复杂，但与反激方案相比，它仍然可以节省光耦等，系统具有最高的性价比。

通过线性稳压器转换电压面临功耗问题，这更适合于需要避免噪音（如汽车音响）且无法切换的转换电路。切换模式的特点是转换效率很高，但也存在噪声问题，因此切换模式的选择取决于应用。

通常，电荷泵驱动模式的效率随输入电压而变化，在电压变化范围较大的应用中，效率相对较低。然而，在电压变化范围相对较小的应用中，只有当输入和输出电压为整数倍时，其效率才能最大化，这在电池供电的实际应用中很难实现。另一方面，电感器的转换效率受电压干扰的影响较小，应用限制小于电荷泵。

背光在便携式产品中的地位已变得不可动摇。即使在大型LCDS的背光灯中，LED也开始挑战冷阴极荧光灯（CCFL）的主流地位。而在照明领域，LED作为半导体照明最关键的组件，也因为节能、环保、寿命长、免维护等诸多光环而受到市场的追捧。驱动电路是LED（发光二极管）产品的重要组成部分，无论是在照明、背光还是显示板领域，驱动电路技术架构的选择都应与具体应用相匹配。

LED发光的原理是在两端加正向电压，使半导体化合物中的少数载流子和多数载流子释放多余能量，从而导致光子发射。LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为恒流电源，并根据部件的要求与LED完成电压和电流的匹配。除了满足安全要求外，LED驱动电路还具有其他两个基本功能：

一是尽可能保持恒流特性，特别是当电源电压变化±15%时，仍应能将输出电流保持在±10%的范围内。

1.避免驱动电流超过最大额定值，影响其可靠性。

2.获得预期的亮度要求，并确保每个LED亮度和色度的一致性。

其次，驱动电路应保持低功耗，使LED系统的效率保持在较高水平。

PWM（脉宽调制）技术是一种传统的调光方式，它使用简单的数字脉冲，反复切换LED驱动器，系统只需要提供宽、窄的不同数字脉冲，可以简单地改变输出电流，从而调节LED的亮度。这种技术的优点是可以提供高质量的白光，并且应用简单、效率高，但致命的缺点是容易产生电磁干扰，有时甚至产生的噪音可以被人耳听到。

电压升压是LED驱动电路的重要任务，电感升压和电荷泵升压是两种不同的拓扑模式。“由于led是由电流驱动的，电感在电流转换方面效率最高，因此电感升压最大的优点是效率高，如果设计得当，效率可以超过90%；然而，它的缺点也很明显，即电磁干扰很强，对手机和其他通信产品的系统要求很高电荷泵的出现，将使电荷泵升压的效率低于电感升压。

在照明和背光应用中，提高驱动电路的转换效率是产品设计者必须面对的问题。提高转换效率不仅有利于延长便携式产品的待机时间，也是解决LED散热问题的重要手段。在照明领域，由于使用了大功率led，提高转换效率尤为重要。

LED在工作时需要有稳定的电流和电压元件，但这些元件应具有高分压和小功耗的特性。否则，高效率的LED将大大降低整个系统的效率，因为驱动电路的功耗太大，不利于节能和高效率的目的。因此，我们不应使用电阻或串联稳压器电路作为LED驱动器限流的主电路，而应使用电容、电感或有源开关电路等高效电路，以确保高效率。串联集成恒功率输出电路的使用可以在大范围的电源范围内保持LED的光输出恒定，但一般的集成电路会使效率降低。当电源电压变化较大时，使用有源开关电路可以确保在高转换效率下保持恒定的功率输出。

然而，凭借其独特的优势，它可以在安全的特殊电压条件下高效工作（游泳池、游泳池水下灯、矿灯）。此外，它在直接使用绿色电力（太阳能、风能等）以及应急照明方面具有独特的优势。特别是在调光方面，LED不仅可以实现0~100%的调光，而且可以保证整个调光过程保持高的光效，并且不会损坏LED的寿命，而气体放电灯很难做到这一点。

除了满足安全要求外，LED驱动电路还具有其他两个基本功能：

一是尽可能保持恒流特性，特别是当电源电压变化±15%时，仍应能将输出电流保持在±10%的范围内。主要原因有：1、避免驱动电流超过最大额定值，影响其可靠性；2、获得预期的亮度要求，并确保每个LED亮度、色度的一致性。

其次，驱动电路应保持低功耗，使LED系统的效率保持在较高水平。

LED是电流驱动设备，其亮度与正向电流成正比。有两种方法可以控制正向电流。

第一种方法使用LED V-I曲线来确定需要施加到LED上以产生预期正向电流的电压。实现方法通常使用电压源和镇流电阻器。如下文所述，这种方法有几个缺点。LED正向电压的任何变化都会导致LED电流的变化。如果额定正向电压为，则图1中LED的电流为20mA。如果电压变为，即温度或制造变化引起的特定电压变化，则正向电流减小至14mA。正向电压的11%变化导致正向电流的30%变化更大。此外，取决于可用的输入电压，镇流器电阻器的压降和功耗可能会浪费电力并缩短电池寿命。

第二种也是首选的LED电流调整方法是使用恒流电源来驱动LED。

电池寿命在便携式应用中至关重要。LED驱动器要实用，必须高效。LED驱动器的效率测量与典型电源的效率测量不同。典型的功率效率测量值定义为输出功率除以输入功率。对于LED驱动器，输出功率不是相关参数。重要的是产生预期LED亮度所需的输入功率值。这可以简单地通过将LED功率除以输入功率来确定。请注意，如果以这种方式定义效率，电流检测电阻器中的功耗将导致电源耗电。根据图3所示的公式，我们可以看到较小的电流感应电压将产生更高效的LED驱动器。图4说明了与使用1V参考电压的电源相比，使用参考电压的供电效率的提高。较低的电流感应电压电源更有效。无论输入电压或LED电流如何，在其他条件相同的情况下，较低的参考电压可提高效率并延长电池寿命。