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功率LED恒流驱动电路的设计实例2010-01-26 14:58虽然大功率LED现在还不能大规模取代传统的白炽灯，但它们在室内外装饰、特种照明方面有着越来越广泛的应用，因此掌握大功率LED恒流驱动器的设计技术，对于开拓大功率LED的新应用至关重要。LED按照功率和发光亮度可以划分为大功率LED、高亮度LED及普通LED。一般来说，大功率LED的功率至少在1W以上，目前比较常见的有1W、3W、5W、8W和10W。已大批量应用的有1W和3W LED，而5W、8W和10W LED的应用相对较少。预计大功率LED灯会在2008年奥运会上大量应用，因此电子和照明行业都非关注LED照明新技术的发展应用。 恒流驱动和提高LED的光学效率是LED 应用设计的两个关键问题，本文首先介绍大功率LED的应用及其恒流驱动方案的选择指南，然后以美国国家半导体(NS)的产品为例，重点讨论如何巧妙应用LED恒流驱动电路的采样电阻提高大功率LED的效率，并给出大功率LED驱动器设计与散热设计的注意事项。欢迎您到我的店铺来坐坐 /驱动芯片的选择 LED驱动只占LED照明系统成本的很小部分，但它关系到整个系统性能的可靠性。目前，美国国家半导体公司的LED驱动方案主要定位在中高端LED照明和灯饰等市场。灯饰分为室内和室外两种，由于室内LED灯所应用的电源环境有AC/DC和DC/DC转换器两种方式，所以驱动芯片的选择也要从这两方面考虑。 图1：利用DC/DC稳压器FB反馈端实现从恒压驱动(左图)到恒流驱动(右图)的转换。1. AC/DC转换器AC/DC分为220V交流输入和12V交流输入。12V交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源，现有的LED可以在保留现有交流12V的条件下进行设计。针对替代卤素灯的设计，美国国家半导体LM2734的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达1A，恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。取代卤素灯之后，LED灯一般做成1W或3W。LED灯与卤素灯相比有两大优势：(1)光源比较集中，1W照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度，因此比较省电；(2) LED灯的寿命比卤素灯长。LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄，成本相对较高。但从长远来看，由于LED灯的寿命较长，所以还是具有非常大的成本优势。220V AC/DC转换器(例如LM5021)主要锁定舞台灯和路灯市场。图2：在FB反馈端和RFB之间放置一个运算放大器以降低功耗。2. DC/DC转换器目前，LED手电筒占据了DC/DC转换器的绝大部分需求量。手电筒采用的LED功率基本上是1W，供电方式包括锂电池和镍锌电池、碱性电池等。3W 手电筒的应用一直还存在一些难点，因为3W LED灯本身需要散热，散热装置的体积大，从而在一定程度上削弱了LED灯体积小的优势。此外，由于3W LED灯的电流高达700mA，一次充电后的电池使用时间缩短。尽管如此，对于上述应用国家半导体提供LM3475、LM2623A和LM3485等方案。矿灯也是LED灯的主要应用领域之一，它属于特种照明行业，需要专业的认证标准，中国对LED在矿灯领域的应用一直都很重视。目前，LED设计行业存在对特种行业的需求认识不足的问题，设计中常采用一些不切实际的、新奇的设计方案。例如，将LED灯和电池一起嵌入头盔，却没有考虑到矿灯特殊使用环境的各种需求，这可能是造成LED在矿灯市场的应用一直没有打开局面的重要原因。对于矿灯LED应用，美国国家半导体提供了丰富的DC/DC稳压器产品，包括LM3485、LM3478和LM5010。已经用户采用一颗1W的LED灯，周围再放6颗普通的高亮度LED灯，构成一种具有特殊闪烁功能的矿灯。总而言之，LED灯在灯饰和特种照明行业有着广泛的发展前景，国家半导体为此提供完整的新型LED驱动解决方案。图3：基于LM2734的恒流驱动电路。高效的恒流驱动电路恒压供电的基本电路(图1左)采用反馈电阻RFB1和RFB2，当负载电流发生变化时，VFB也随之变化，DC/DC稳压器通过感知VFB的变化，使输出电压维持在一个固定的电平：V0=(VFB*(RFB1+RFB2)/RFB1 (1)在图1右边电路中，DC/DC稳压器的FB是高阻输入端，流经LED的电流IF为：IF=VFB/RFB (2)为保持IF恒定，DC/DC稳压器感知VFB，然后调整LED正端电压，使流经LED的电流保持恒定。这就是利用DC/DC稳压器FB反馈端实现恒压到恒流转换的原理。一般来说，DC/DC稳压器对VFB的变化有一个感知的范围，一旦LED选定，其工作电流IF的大小也就确定了，所选的电阻要保证VFB落在DC/DC稳压器容许的范围内。以VFB等于1.25V为例，假设IF分别为15mA、350mA和700mA，采样电阻的功耗将分别小于20mW、400mW和800mW。对于1W的LED来说，采样电阻的功耗分别占到总电源消耗的2%、40%和80%。因此，采样电阻的设计对提高LED的功效至关重要，它应该选取尽可能小的数值。图4：从采样电阻直接获取反馈电压的设计。由于直接将RFB连接FB端会造成RFB的功耗过大，所以在FB端和RFB之间放置一个运算放大器，以放大RFB采集到的电压VTAP(图2)。IF=VTAP/RFB=(VFB/RFB)*(1+RF/RI) (3)通常，1W大功率LED的典型工作电流为350mA，如果选择RFB等于1欧姆，则RFB的功耗为：PRFB=I2*R=0.352*1=0.12W (4)考虑运算放大器本身的功耗，RFB及其附属电路的功耗大约为1W LED功率的12%。这样就能在确保LED获得恒流供电的同时，将RFB的功耗降低到可以接受的水平，从而使LED两端的电压尽可能大，流经的电流也尽可能大。国家半导体按照这个原理工作的稳压器有LM2736和LM2734。LM2734是1A降压型稳压器。基于LM2734的恒流驱动电路(图3)利用LM321运算放大器获取采样电阻Rset上的电压，结合其它电阻和电容就可以构成一个完整、高效率的大功率LED恒流驱动电路。在实际使用中，有些LED恒流驱动电路可以直接从采样电阻获取反馈电压，如图4所示。图3中采样电阻Rset决定了恒流驱动电路的设计，而且对整个系统的效率有重要影响，因此仔细设计Rset对节省能源至关重要。图3和图4的详细设计文件请向国家半导体当地授权分销商索取。一般来说，如果要求LED驱动电流的变化不超过标称值的5%至10%，那么采用精度为2%的电阻就足够了。LED驱动电流的典型波动范围是正负10%。由于采样电阻消耗的功率较大，应避免使用功率较小的贴片电阻。此外，LM3478方案适用于多个大功率LED的恒流驱动，而基于LM5021的恒流驱动设计方案则针对220V AC/DC转换器的应用。恒流驱动与散热的考虑就电子系统设计而言，工程师在设计LED恒流驱动电路时首先要了解LED的恒流参数。目前LED芯片的制造商很多，国内外LED的差异主要在于相同电参数的情况下，流明数可能不同，因此设计工程师要清楚地认识到LED功率并不是决定发光效率的唯一参数。例如，同样是1W的LED，有的LED可以达到40流明的亮度，而有的只能达到20流明的亮度，这是因为LED光学效率还取决于材料和制作工艺等诸多环节。有些设计工程师为提高发光效率而采取加大驱动电流的办法，例如，对于同一颗1W LED，加大驱动电流后，亮度可以从20流明提高到40流明，但是LED的工作温度也相应升高了。一旦温度超过LED的限温点，就会影响LED的寿命和可靠性，这是设计恒流驱动过程中需要注意的重要问题。此外，LED照明系统的光学效率不仅仅取决于LED恒流驱动方案，还与整个系统的散热设计密切相关。为缩小体积，某些LED恒流驱动系统将LED驱动电路与散热部分贴近设计，这样容易影响可靠性。一般来说，LED照明系统的热源基本就是LED灯本身的热源，热源太集中会产生热损耗，因此LED驱动电路不能与散热系统紧贴在一起。建议采取下列散热措施：LED灯采用铝基板散热；功率器件均匀排布；尽可能避免将LED驱动电路与散热部分贴近设计；抑制封装至印刷电路基板的热阻抗；提高LED芯片的散热顺畅性以降低热阻抗。表1：大功率LED在寿命上具有很大优势。新应用对驱动器的要求大功率LED被称为“绿色光源”，它将向大LED电流(300mA 至1.4A)、高效率(60至120 流明/瓦)、亮度可调的方向发展。由于大功率LED在寿命上具有很大优势(表1)，所以发展前景非常广阔，其中最被看好的照明应用是汽车、医疗设备和仪器仪表及其它特种照明环境。但这些应用对LED驱动系统设计也提出了新的要求，包括：输入电压范围一般要求为6V到24V；具有冲击负载保护、反相和过压保护；待机功耗非常低；低带隙基准以减少电流检测损耗以及具有PWM调整亮度的功能等。针对这些需求，美国国家半导体公司提供了全系列LED驱动器设计方案(见表2)，可以为用户提供全面的LED驱动器解决方案。LED照明系统需要借助于恒流供电，目前主流的恒流驱动设计方案是利用线性或开关型DC/DC稳压器结合特定的反馈电路为LED提供恒流供电，根据DC/DC稳压器外围电路设计的差异，又可以分为电感型LED驱动器和开关电容型LED驱动器。电感型升压驱动器方案其优点是驱动电流较高，LED的端电压较低、功耗较低、效率保持不变，特别适用于驱动多只LED的应用。在大功率LED驱动器设计中，主要采用开关电容型LED驱动方案，其优点是LED两端的电压较高、流过的电流较大，从而获得较高的功效及光学效率。先进的开关电容技术还能够提高效率，因而在大功率LED驱动中应用广泛。表2：美国国家半导体的LED驱动器解决方案一览表。本文小结大功率LED照明技术有着广阔的发展前景，因而受到普遍的关注和投资者的追捧。现阶段，由于LED芯片设计和制造技术及材料等诸多因素的限制，它暂时还不能完全取代传统的白炽灯，因而人们更为关注大功率LED在特种照明中的应用。本文首先介绍了特种照明的应用环境，然后，详细阐述了利用DC/DC稳压器实现恒压转恒流设计的基本原理和实际案例，并说明了大功率LED驱动器设计与散热部分设计应该注意的事项，最后指出了大功率LED新应用对驱动器设计提出的新要求，给出了国家半导体公司的完整解决方案的指南，它有助于从事LED照明行业的电子设计工程师全面掌握最新的LED驱动器系统设计技术-电容降压式LED电源2010-02-11 14:25将交流市电转换为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波，当受体积和成本等因素的限制时，最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。一、电路原理欢迎您到我的店铺来坐坐 / 电容降压式简易电源的基本电路如图1，C1为降压电容器，D2为半波整流二极管，D1在市电的负半周时给C1提供放电回路，D3是稳压二极管，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用的是图2的所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时，可采用图3所示的桥式整流电路。整流后未经稳压的直流电压一般会高于30伏，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流供电的应用场合。二、器件选择 1.电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容C1向负载提供的电流Io，实际上是流过C1的充放电电流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时，多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁.2.为保证C1可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。3.泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。三、设计举例 图2中，已知C1为0.33F，交流输入为220V/50Hz，求电路能供给负载的最大电流。 C1在电路中的容抗Xc为:Xc=1 /（2 f C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K 流过电容器C1的充电电流（Ic）为：Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为：C=14.5 I，其中C的容量单位是F，Io的单位是A。电容降压式电源是一种非隔离电源，在应用上要特别注意隔离，防止触电。 我现在只在很多小功率LED串联时使用这种电路，这样才能体现出LED高效的特点，要不然由于电容恒流的特点，效率会很低。 举个例子：一个LED的电流是20毫安，实际使用时一般用到15毫安。如果是10个LED串联那么LED上消耗的功率是：3X10X0.015=0.45W 降压电路上消耗的功率是：（220-30）X0.015=2.85W。这样有用功率就太小了，效率太低！如果是LED的压降和降压电路的压降反过来呢！：） 由此可见阻容降压电路不是万能电路。一定要根据LED的情况来决定使用什么电路：）也不要完全排除这种电路，只要正常设计还是可以应用的。我有一个电路已经连续使用了6个多月了，驱动还没有坏，LED已经衰减了很多了。电容降压输出电流计算公式电容降压电路用的人还蛮多,但是很多人都不会计算输出电流,看他们都用阻抗的方法计算, 其实是错的,其一是有Vout输出时电路是非线性的,不能用线性公式计算,其二阻抗算出的电流是有效值,比输出端的整流平均直大了1.1倍. 依据基尔霍夫电压定律(KVL)和电容的公式c=q/v,而1A=1q/s,我总结出一个电容降压输出电流计算公式: 全波: 2 Freq ( 2 Sqrt2 Vin - 2 Vout) Cap 说明: 2 Freq表示1S内有2 Freq次充放电, 2 Sqrt2 Vin - 2 Vout,表示放电电压的变化量. 半波: Freq ( 2 Sqrt2 Vin - Vout) Cap 这个公式的优美之一是不关Pi事,而阻抗计算用到Pi. 之二是从因子( 2 Sqrt2 Vin - 2 Vout)可以看出,电容降压电路有倍压能力, 即开路输出可以达到2 Sqrt2 Vin,所以千万不能开路. 使用此电路时切记,电路不带隔离,高压危险.常规经验公式:220伏50HZ 1UF通过70毫安电流.電容降壓直流電源負載電壓電流簡明精确的計算方法 江西 尹石蓀 當負載電流較小且變化范圍不大時，可使用電容降壓式簡易穩壓電源 ( 見圖 1) 。該電源元件少成本低，且有負載短路自保護作用。 C1 耐壓裕量和穩壓管的電流裕量較大時，承受瞬時過壓能力也較好，因而該電源被廣泛應用。本文提供了該電 源的一种簡明而且准确的負載電壓上和電流的計算方法，為該電源設計提供了方便。圖 1 所示為全波整流電路，設輸入電源近似為電壓源 ( 市電的源內阻抗很小 ) ， C2 端電壓 Uo 可視為直流電壓源 ( 電容 C2 和負載電阻 RL 時間常數足夠大 ) 。 (1) 由波形圖 ( 見圖 2) 可見：在 t1 時刻：因輸入電壓和 Uo 為電壓源，此時輸入電壓瞬時值剛好等于輸出電壓 Uo ，由回路電壓定律，電容 C1 端電壓必定為零。 t1 至 t3 期間，整流橋二极管都截止。故進行到 t3 時刻， C1 端電壓仍為零。 (2) 在 13 時刻：輸入電壓上升到等于輸出電壓 U0 ，因 C1 端電壓為零，故 D1 、 D3 剛剛導通。 (3)t3 至 t4 期間： D1 、 D3 導通， C1 充電，其電流流經 RL 。 (4)14 時刻：輸入電壓達到峰值，由回路電壓定律，輸入電壓有效值為 U ，則 C1 端電壓 UC1 為： 圖： 81 電容 -2.jpg 這表明，在 t3 至 t4 期間 ( 也可以認為在 t2 至 t4 期間 ) ， C1 的端電壓增量為： C1 极板的電荷增加量為 : (5)T4 至 t5 期間：輸入電壓經過峰值后下降，將逐漸低于 Cl 的端電壓， C1 放電，放電電電流經流經 D2 、 RL 、 D4 、輸入電源組成的回路，此間 C1 電壓變化量為： C1 极扳的電荷增加量為 在 t4 至 t5 期間 ( 也可認為是 t4 至 t6 期間 )C1 的電荷回到了零，其端電壓也回到零。由于整流橋的作用，放電電流和 t3 至 t4 期間的流人 RL 的方向相同。故在 t2 至 t6 的 1 2 周期中平均電流值為： 式中 f 為輸入電源的頻率， U 為輸入正弦電壓的有效值。 當 (1) 式中的 Uo 等于零時，電容端為純正的正弦電壓，流過的電流為純正的正弦電流，有效電流 和平均電流的比為波形系數，即： 式中 I 為電流有效值 1 11 為大家熟悉的正弦電流的波形系數。當 uo 不等于零時，因 C1 端電壓不是純正的正弦波，波形系數顯然就不是 1 1l 了。 (2) 式指明，負載短路時，輸出電壓等于零；負載開路 (RL 趨于無窮大 ) 時輸出電壓趨于輸入正弦電壓的峰值，這一點必須特別注意。 (1) 式指出，負載短路時電流達最大值為 在全波整流電路中，在 RL 端并聯上穩璉二极管，因負載電壓通常是給定的，輸入電壓及負載電流的變化范圍通常也是已知的，使這种穩壓電路能可靠穩壓的關鍵，是必須保証穩壓管在輸入電壓處于最低、負載電流處于最大情況下，穩壓二极管必須導通；輸入電壓處于最高，負載電流處于最小，穩壓二圾管不會過流。從而正确的計算出 C1 的電容量和穩壓管的額定電流，公式 (1) 和 (2) 為它們的選擇，提供了极大方便。 試驗驗証了上述公式的正确性。在 R1 值不太大時，理論計算值和試驗值差值极小，能非常好的符合。隨著 RL 值的增大，理論計算值和試驗值差值越來越大 ( 理論計算值大于試驗 ( 值 ) 。這是因為當 R1 值大到可以和整流管的反向泄漏電阻、 PN 結電 容的容抗、 C2 的泄漏電阻相近時，反向泄漏電阻、 PN 結電容的容抗、 C2 的泄漏電阻導至整流電壓下降的作用已經突顯出來。本文摘自電子報电容降压整流电路和电流计算公式 容降压整流电源电路通常用于低成本取得非隔离的小电流电源。输出电压一般为几伏到二三十伏，输出电流为几毫安到几十毫安，大多取决于所使用的稳压二极管。所能提供的电流大小与电容容量成正比。图电容降压半波整流电路电容降压电源采用半波整流时,每微法电容可得到电流(平均值)为:(国际标准单位) I(AV) = 0.44*V/Zc = 0.44*220*2*Pi*f*C = 0.44*220*2*3.14*50*C = 30000C = 30000*0.000001 = 0.03A = 30mA如果采用桥式整流则可得到双倍的电流(平均值)为: I(AV) = 0.89*V/Zc = 0.89*220*2*Pi*f*C = 0.89*220*2*3.14*50*C = 60000C = 60000*0.000001 = 0.06A = 60mA图电容降压桥式整流电路使用这种电路时,需要注意以下事项:1、未和220V交流高压隔离,请注意安全,严防触电!2、限流电容须接于火线,耐压要足够大(大于400V),并加串防浪涌冲击兼保险电阻和并放电电阻.3、注意稳压二极管功耗,严禁稳压二极管断开运行-LED 恒流源设计 （四）2010-01-26 3:57图16是用于3.6V的.锂电池、镍氢电池或4V干式铅蓄电池供电的LED手电筒电路。图16 选用20mA/3.0V(或3.4V)的LED与5B100组成的单元电路,与电源电压3.6V(或4.0V)匹配。 三、 LED 汽车车灯 以上LM317、LM1117属压降型DC/DC转换，在输入与输出压差较小时首选应用，但压差越大，转换效率越低，此时应选用开关型DC/DC转换电路，34063是一块通用、易购、价廉(0.600.80元/片)的开关升、降压集成电路，外围电路元件较少，见图17 图17 用于汽车LED车灯，输入电压12V，输出电压1.258V可调，最大输出电流700mA，选用1W 300mA的LED，按亮度需要可从1颗LED、2颗LED、4颗LED三种组合中任选。选用红光,黄光,白光LED，分别可做成汽车尾灯、转向灯、侧灯。选择组合2、3时,计算工作电压2（0.5VVF，调正R2的阻值将输出电压调到相应计算电压值(空载)，接入负载后(满载)，再加大R2的阻值，将回路电流微调到280300mA，选择组合3时，应将电流微调到560600mA。R2调正好后，防止阻值变动，应用固定电阻替代。 总之，用热敏电阻补偿法是众多LED恒流驱动技木中比较可靠，实用，价廉的方法之一，相信你在实践时会应用得更好-六、选用开关电源驱动LED 220V可采用AC/DC开关电源降压后驱动大功率LED灯，它转换效率高，体积小，恒压输出，是低压驱动大功率LED灯常用方案。图8是二只C350并联后与3W/700mA LED组成的单元电路,3W LED电压应选3.5V，三组单元电路串联后的工作电压U(0.5V+3.5V)312V。 图89的开关电源是一款摩托罗拉手机充电器,交流输入100V250V，直流输出4.4V 1.1A可驱动三路由2只C300串联后与1W/300mA LED组成的单元电路,LED电压选3.5V，工作电压0.5V2+3.5V4.5V。 图9220V也可采用变压器降压整流后驱动大功率LED灯，应用见图七图10变压器降压效率低，体积大，电源内阻大，3W6V的变压器，整流后输出电压空载时5.0V左右，满载时4.0V左右，空满载电压变化大，与LED工作电压不易匹配，因简单可靠，有时也选用。二、LED的电池供电方案在电池供电的照明领域里，如车船照明灯、信号灯、应急灯、头灯、手电及太阳能街灯，LED己成功地替代了白炽灯、荧光灯、氙灯，它的驱动电路多采用LED专用恒流集成电路，因厂商的专用设计，给研发制作多样化的LED灯带来了局限，我们选用三端稳压集成电路与WMZD的组合，给研发制作LED灯扩展了空间，节约了成本。 一、LED车船照明灯、应 急 灯、太阳能路灯 图11是LED车船照明灯、应急灯的基本电路。 图11 采用24V充电电池，LM317三端可调稳压集成块，A30单元电路12路并联(共用30mA高亮LED60颗)，制成后的LED灯亮度接近15W荧光灯。计算5A30单元电路的工作电压U3V+3.3V519.5V，调正R2阻值，将LM317输出电压调到19.5V后，将LED接入,此时总电流应在350360mA（30mA12），因LED的电压值差异，电流若偏离较大，再微调R2将总电流调到360mA内，R2调正完毕防上变动，需用相同值的固定电阻替。.LM317最大输出电流1.5A，不带散热板时耗散功率2W，带2002004mm散热板可达15W，LM317是压降型稳压块，所以输入与输出的压差尽量要小，功耗不能大于额定值，计算图八电路的功耗，假设24V电池充电后最大值28V，LM317输出电压最小值18V，压差10V,总电流0.36A，则功耗10V0.36A3.6W，大于LM317不带散热板的功耗2W,此时应考虑安装散热器。LM317内部有过热、过流保护，安全可靠，易购，价格又低(0.60.8元/片)，是广大电路设计者喜爱选用的三端稳压器之一. 图12是输出电流达3A的LM317的扩流电路。 图12 用24V蓄电池供电,15只3W/LED组成的45w大功率LED照明灯，调正R2使输出总电流2100mA（700mA30），热保护器TP1的常开触点与微型风扇组成自动风冷装置。 图13是LM317输出100V.1A的稳压电路。 图13 虽然厂商手册标明LM317的最大输入电压37V，但只要保持输入与输出的压差在10V以内，而且WMZD与LED的组合后是电阻型负载，开,关时没有冲击电流，该电路是安全可靠的，二极管D是防电池极性反接保护，R2调正输出电压(接上负载后,也可以调正输出电流)，此电路应用于110V电池组供电，B300与LED/300mA单元电路组成的25W照明灯。图14是太阳能路灯应用电路。图14当有光照时，太阳能电池板通过太阳能路灯控制器，向12V蓄电池充电。夜晚，蓄电池通过控制器向LED灯提供12V的恒压电源。LED灯由3个B100单元电路串联组合，发光管选用20mA/3.3V，它的工作电压U(0.65V+3.3V)311.85V。按太阳能电池板的功率，及实际照明亮度的需求，可设计二路或多路LED灯的并联。 二、 LED头灯、手电灯 图15是用于6V可充电电池供电的LED头灯,手电灯电路。 图15 采用LM1117-3.3v低压差三端稳压块，SOT-223封装(贴片型)，价格低廉(0.60.8元/片)，输出电流300mA时,无需安装散热器.，在接地端串入可调电阻R2成为可调式稳压电路，R2值从100240范围内选择，输出电压可在3.5V4.1V内相应变化，刚好满足各种LED的电压需求，C300与1W/LED的单元电路用来作远光照射，5B100与5只20mA/LED作近光照射，电路板实物见照片3。 LED 恒流源设计 （一）2010-01-26 3:46使用本方案交流、直流电源均可，本方案不能解决供电电压变化引起的LED电流变化，仅对电源电压比较恒定的情况下有效，电压波动范围不能超过10%。如果电压波动超过10%应采取相应的稳压措施。比如220Vac(200Vac240Vac)，（交流电源只需要整流，不需要滤波）直流电电源4.5Vdc(4.05.0Vdc),超过这个电压波动范围,要采用稳压措施。 与一般LED恒流源相比，该标准单元有不怕负载开路的优点，也不怕负载短路，当短接5个LED后，回路电流急剧上升，引起WMZD温升，WMZD阻值迅速增大，可有效阻止电流继续上升。经过反复实验后发现，负载短路后，短路电流可由130 mA迅速下降到60 mA的稳定值，如在电源的允许范围内，不会损坏电源。 一、什么是LED ?LED（Light Emitting Diode），又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。二、LED有哪些优点? 高效节能一千小时仅耗几度电（普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电） 超长寿命半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时） 光线健康光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线） 绿色环保不含汞和氙等有害元素，利于回收和利用，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰） 保护视力直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪） 光效率高,发热小:90%的电能转化为可见光（普通白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能） 安全系数高所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患，可用于矿场等危险场所 市场潜力大低压、直流供电，电池、太阳能供电即可，可用于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。三、权威预测半导体照明将在未来5-10年内取代现有传统光源。未来白光LED将更加便宜，市场总体容量将快速增长。许志鹏乐观地指出，据美国能源部预测，2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被LED替代，可能形成一个500亿美元的大产业。而日本提出，LED将在今年大规模替代传统白炽灯。日、美、欧、韩等国均已正式启动LED照明战略计划。美国能源部预测，到2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯将被嵌在芯片上的发光体-半导体灯替代。 日本计划到2008年用这种半导体灯替代50%的传统照明灯具。科学家测量发现，在同样亮度下，LED的电能消耗仅为白炽灯的110，寿命则是白炽灯的100倍。由于具有节能、环保、寿命长、体积小等优点，专家们称其为人类照明史上继白炽灯和荧光灯之后的又一次飞跃。根据美国能源部（DOE）的预计，传统照明器件的彻底更新换代将在2010年开始启动，然而许多LED供应商都希望将这个启动时间再提前一到两年。四、继澳大利亚 欧盟欲让白炽灯两年内下课 2007-3-162007年3月9日，在英国伦敦街头，成串的彩灯闪烁。刚刚结束的欧盟首脑会议通过了一系列旨在提高能效的措施。9日结束的欧盟春季首脑会议已经达成协议，两年内欧洲各国将逐步用节能荧光灯取代能耗高的老式白炽灯泡，以减少温室气体排放。在这之前，澳大利亚已率先通过停止使用白炽光灯泡法令。五、LED照明产值将超千亿美元 同方正发力同方股份副总裁兼董秘孙岷近日向记者透露，公司的高亮度LED照明项目已基本实现产业化，目前已经有20条生产线投产，其产业化技术达到世界先进水平，规划2008年年底生产线将达到50条，形成绿色照明的规模化效应。预计我国2008年应用市场规模将达540亿元，到2010年，中国半导体照明及相关产业产值将超过1000亿美元的规模，其中高亮度芯片国内增长率将高达100。六、首尔半导体期望能取得全球照明市场之中1,000亿美元的份额。韩国首尔半导体公司现正计划用LED取代传统的照明灯，目前 Acriche 60流明/瓦特的亮度在2007年第四季提升五成至80流明/瓦特, 而每一模组为250流明; 在2008年第四季达至120流明/瓦特, 而每一模组为400流明, 期望能取得全球照明市场之中1,000亿美元的份额。七、澳大利亚与新西兰将率先停止使用白炽光灯泡澳大利亚政府最近宣布，为了减少温室气体的排放量，澳大利亚将禁止除医疗用以外的白炽灯的使用。据此，到2012年时澳大利亚将减少400万吨温室气体的排放。而据2007年2月21日The Dominion Post报道，新西兰能源部长David Parker建议参照澳大利亚的做法，新西兰也应在未来两到三年内禁止使用普通白炽光灯泡，用节能环保的荧光灯泡（Florescent Eco Bulb）取代。澳大利亚环境部长Malcolm Turnbull说，澳大利亚2010年将推行新的民用照明标准，通过新标准的实施，2012年可减少温室气体排放400万吨。据悉，这种新型荧光灯泡主要从中国进口。八、为什么首选楼道灯来应用LED1， 目前比较而言，LED的售价还较高，楼道灯是共用设施，共同承担大家就能接受。2， 楼道灯现在普遍是使用白炽灯，若换用LED灯，节电的效果就特别明显。3， 楼道灯在白天是熄灭的。晚上就频繁的启动或关断。不要说是节能灯，就是白炽灯都会很快的玩完。但是LED灯却是不怕，因为它的发光机理与白炽灯和节能灯都不同，就恰恰非常的适应在高速的开关工作状态，绝对不会因为是这个原因而损坏。 4，LED灯的寿命很长，就免除了楼道灯经常需要维修的尴尬状况。5， 楼道灯是物业交电费,投入是一次性的,节约80%的电费是长期的,物业部门最合算。九、LED灯能直接替换现在的楼道灯吗？不能。由于现在大家使用的楼道灯是白炽灯，根本就无法用LED灯或节能灯去替换，所以如果要换用LED灯就必须也要同时换用声光控开关。现在有专用的一体化的LED声光控楼道灯，直接就使用220V的市电，非常方便使用。我们将强烈建议楼道灯的使用电压用直流的24V，其好处和原因我们会另文介绍。随着技术发展和成本的降低，LED灯取代节能灯也就成为必然的了。十、LED驱动电源的分类及特性1、按驱动方式可分为两大类：（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。 2、按电路结构方式分类（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180240V，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。从以上介绍可以看出PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的LED电源。目前珠海市南宇星电子公司生产的金兴牌LED开关电源就是PWM控制技术的开关电源，该类LED电源经用户使用反映效果很好。一、刚刚开始起步成本高照明成本不仅涉及灯具的初始成本，还涉及灯具所消耗的能源成本，灯具无法正常工作时更换灯具所需的劳动成本，以及所需灯具更换的平均频率。从这一概念出发就很容易理解，为什么LED光源是白炽灯光源价格的50倍左右时，LED交通信号灯的市场就开始启动，而当达到28倍时，就已形成新兴产业。目前半导体照明主要以光色照明和特殊照明为主，以后将向普通照明扩展。具体来讲，近几年内，半导体照明市场将广泛应用在各种信号灯、景观照明、橱窗照明、建筑照明、广场和街道的美化、家庭装饰照明、公共娱乐场所美化和舞台效果照明等领域。事实上，我们身边已经随处可见它的身影：电脑显示灯、手机按键和屏幕的背光源、汽车尾灯、建筑物灯光、交通信号灯等等。二、不一致性带来的问题：理论上LED都一样，都是能发光的二极管，而实际上所有LED的电性能都是有差异的，众多的厂家都在抢生产进度、抓数量；每个厂家的生产工艺是不一致的，甚至相差很大，就是同一厂家的不同时间的工艺都是有差异的；生产发光二极管的半导体材料的纯度要求非常高，不同厂家使用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不完全相同的，或者相差很大，而且耐过电流能力和发热的差异也就自然而然的不同了；由于封装工艺和封装材料的不同，使得整体的散热能力是不一样的，所有的厂家都在研究和开发新材料，以求解决组合材料的热彭胀与散热的问题。由此不难看出,LED发光二极管在短期内仍存在个体之间的很大的差异，如果每个灯只用一个LED，那是很好控制的，而且是真正的长寿命，例如电视机、DVD上的电源指示灯就是如此；而当我们用LED制作照明灯具时，就不是用单个的LED，而是用多个，或上百上千个LED排成阵列接入电路，再者，需要的亮度就不是指示灯所能做到的，而电流大了、小了亮度都要减弱，且会使寿命大打折扣，甚而致于未出厂就坏掉了；因LED的差异性总是存在的，在多个LED组成的连路中，当有几个坏掉时(通常是短路)，会使电流增大而损坏其他的LED。这就是不一致性带的结果，也是制约其发展的因素之一。三、驱动电路复杂成本高、故障率高a.在电压匹配方面，LED不象普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2-3.伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。b.在电流供应方面，LED的正常工作电流在15mA-18mA，供电电流小于15mA时LED的发光强度不够，而大于20mA时，发光了强度也会减弱，同时发热大增，老化加快、寿命缩短，当超过40mA时会很快损坏。为了延长LED照明灯的使用寿命，简易电源是不能使用的，而常用集成电路电源、电子变压器、分离元件电源等，但都要设计恒流源电路和恒压源电路供电的方式，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器件，另加保护电路，这样就使LED的电源供应器电路很复杂，故障率增加。元件成本、生产成本、服务成本都将升高。而目前LED本身的成本就高，加上电源的成本，这就大大地限制了市场的竞争力与购买群体，LED照明灯的优势大打折扣，这也是制约其发展与普及的又一关键问题。华巨公司解决方案 LED发光二极管出现在上个世纪七十年代，仅有红、黄、绿三色，经过几十年科学术的发展、努力，LED白光管出现了，价格也正走近老百姓的口袋，将以节能、长寿、价廉的优势猛烈冲击着统治了照明领域三个世纪的白织灯，LED灯进入千家万户的时代到了。LED用于日常照明的众多优点，本文不再累述。众所周知，PN结半导体器件正在向导通后，结电压VF随环境温度上升而下降，即：-2mv/，称PN结的负温度效应，利用该特性可制成温度传感器，但该特性在发光应用上却是致命的缺陷，直接影响它的发光效率。发光亮度、发光色度。通俗举例，常温25时，选择LED最佳工作电流20mA，当环境温度升到85，结电压VF下降,工作电流急剧增加到35-37mA，见图一,电流曲线,温度下降至-40时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小8-10mA.,发光亮度也随电流的减少而降低，达不到场所所需的照度。 为了避免上述不良现象，一般在LED的相关产品上，通常采用如下措施。1、将LED装在散热板上，或风机风冷降温。2、LED采用恒流源的供电方式，不因LED随温度上升引起电流增加，防止PN结恶性升温，或两种方法并用。实践证明，用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯），确实是行之有效的措施。但当LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了：散热板，风冷能否集约在一个普通灯头的空间；采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命和可靠性不取决LED，而取决整个系统的某块“短板”；.与荧光节能灯相比，有没有吸引眼球的价格。 华巨电子另辟蹊径，采用具有正温度系数的热敏电阻与负温度特性的LED串联，组成一个温度系数极小电阻型负栽。一旦工作电压确定后，串联回路中的电流，将不会随温度变化而变化，通俗地说，当LED随温度升高电流增加时，热敏电阻也随温度升高，电阻变大，阻止了回路电流上升，当LED随温度下降，电流减小时，热敏电阻也随温度下降电阻变小，阻止了回路电流的减少。如匹配得当，当环境温度在-4085范围内变化时，LED的最佳工作电流不会明显变化，见图一电流曲线。（串入热敏电阻的电流曲线，与没有串入热敏电阻的电流曲线对照图）从图一可以看到，采用热敏电阻温度补偿方法与集成电路等元件组成的恒流源相比，有着异曲同工之处，但最大的差异是用一种元件就解决了LED的恒流问题，其价格、体积、寿命等优势也不言而喻。 正温度热敏电阻WMZD，是南京华巨电子有限公司专为LED应用研制。常用规格见表一.一、WMZD-A20在20mA恒流源中和WMZD-A30在30mA恒流源中的应用原理由一只WMZD-A20与五只LED（20mA）串联组成一个标准单元，它的恒流电流20mA，工作电压U=VR5VF3V+53.4V20.0V.。3V是WMZD-A20在25时的压降，3.4V是LED的正向导通电压VF（或2.8-4.2V）。当环境温度每升1时，5只串联的LED VF下降2mV510mV；5A20的压降升高10mV，保持了串联回路的总电流不变，它的恒流特性见图一电流曲线。与一般恒流源相比它有不怕负载开路的优点，也不怕负载短路，当短接5个LED后,回路电流急剧上升，引起WMZD温升，WMZD阻值迅速增大，有效阻止电流继续上升，反复实验，负载短路后，短路电流由130mA迅速下降到60mA的稳定值，如在电源的额定范围内，不会损坏电源。由多个5A20标准单元的串联组合，可获得相应的LED的数量，及