LED照明与线性恒流驱动(连载)

1、概述:LED照明产品已经大举进入千家万户，走进了全民大规模应用阶段，并将全面取代传统的照明灯具，但，到目前为止，LED的应用或生产过程中，还存在着诸多误区，大部分的使用者只知道一个概念，就是LED能够节能省电、寿命长。但由于中国市场的特殊性，导致了很多现实和理想出现了差异。而事实上，不当的设计或应用都使LED效率下降，甚至影响使用寿命。从表面上看，LED是具有节能环保，长寿等特点，但目前，由于回大多数使用者乃至商家，对于LED的了解仍然存在着一定的误区，导致目前市场上的相关产品良莠不齐，质量低劣的产品充斥市场，质量相对较好的产品，由于造价较高，除了一些知名品牌或大企业，一般的小厂家，要想做到质

2、量保证，又能够立足市场，实在是困难重重。很难与那些质量低劣的产品竞争，只能在质量和价位之间权衡。由于劣质产品充斥市场，导致目前很多LED产品出现“短命”的现象，而且，很多廉价产品，跟本上就不节能，有些产品，其耗电量比传统的节能灯还大，更有些产品的寿命，比普通节能灯还要短。本文以连载的形式，针对当前LED误区的剖析以及LED照明的特性、应用设计方案、应用实例等，不定期发表个人的部分经验总结，旨在为普及LED照明应用的基础知识提供一丁点微薄之力。第一节LED照明灯具的简单介绍照明灯具的种类：照明灯具大致可以分为几大类：.家用照明家用照明指的是一般家庭应用的照明产品，有灯泡、日光灯、吸顶灯、卧室灯、

3、客厅灯、工艺灯、天花灯、筒灯、庭院灯、射灯等等。对于LED产品来说，家用照明产品的要求条件是比较宽松的，因为，家用照明产品一般情况下是不会连续长时间使用的，一般情况下，家用照明产品（单个灯具）的使用时长大约为2000小时/年，有些甚至更少。相对商业照明，家用照明灯具一年的使用时间大约等于商业照明的30%左右。.商用照明商业照明指的是安装在公司、商场、店铺、等营业性场所的照明灯具，其特点是每天的连续工作时间比较长，一般都在10个小时以上，对灯具的要求条件比家用照明要高的多，除了产品的可靠性，色温一致性外，由于商业照明往往是大量集中使用，对电磁辐射也有比较严格的要求。.工业照明工业照明指的是用于工

4、厂的照明灯具，一般生产车间的照明时间是比较长的，有些工厂是24小时三班制，所以，对灯具的要求是全天候运行的，其性能指标比一般商业照明还要严格。.道路照明道路照明也包含了户外照明，一般是用于路灯或户外空旷地方（比如广场、露天体育场等等）的照明系统，一般单个灯具的功率比较大，而且，灯具的装配位置相对比较高，而户外的使用环境也比较复杂，要承受阳光的高温照射，还要严格的防水条件，所以，道路或户外照明的要求是最高的。.亮化照明亮化照明也是户外照明的一种，在城市的一些建筑物的外墙，往往都装配有一些作为点缀用的亮化照明产品，这些产品同样需要严格的防水性能和使用上的可靠性，由于不是用于主照明，一般对亮度要求不

5、是很高。由于亮化产品大部分属于市政工程，项目的使用面积和功率一般都比较大，所以，有两个不容忽视的问题需要引起注意，但实际上，这些问题却往往被人们忽视了，那就是:.功率因数；在市电照明中，功率因数是一项关乎能效的重要参数，它直接影响到电力供应的效率，功率因数越高，其能效也越高，反之则越低。而在平常的亮化工程中，人们注意到的只是防水和质量问题，功率因数问题却往往被忽略，以前有人曾经披露过，某地的一项亮化工程，由于采用的LED灯具，其功率因数太低，从而导致该范围的电力供应线路瘫痪。有关功率因数的其他相关问题与解决办法，将在往后的章节中阐述。.电磁辐射（EMI）电磁辐射也是市电照明产品的一项重要指标，

6、在LED照明产品中，产生电磁辐射的来源主要是通过高频变换的驱动器。电磁辐射也是很容易被人忽略的一个问题，电磁辐射的强度和电源功率、方案设计、等有直接关系，通常，单个LED灯具的驱动电源，所产生的EMI是很微弱的，但是，如果大面积集中使用的话，EMI问题就值得注意了。在日常生活中，常常听到人们在讨论手机的辐射问题，并为这种问题“谈辐色变”，但是，就是从来也没有听说有人关注自己长时间置身于那些带有高频辐射的驱动器的环境中。当然，这里指的是大量集中安装，且EMI指数不达标的场所，对于一般的家庭或办公室，辐射是微乎其微的。第二节LED光源LED是半导体发光器件，在照明灯具里面俗称为“，一般LED芯片的

7、特性电压（VF）为3.0-3.5v，由于单个LED灯珠的功率比较小，在LED照明灯具中，需要多个LED灯珠通过串联或并联的方式进行组合，以达到所需的功率。LED的另外一项重要参数是正向电流（IF），LED是电流型发光器件，工作时需要给LED芯片通过适当的正向电流，IF就是芯片的额定正向电流，为了保证LED工作的稳定性，必须采用恒流驱动器，使LED在恒定的电流环境中工作。而且，工作电流最好设定在IF标称值的80%以下，因为，LED灯珠的规格书上标称的正向电流IF是其最大值，LED在实际应用中，考虑到各种外部因素（如散热条件、驱动器输出电流误差等），LED的工作电流设定在耳钉电流的70-80%为宜

8、。.LED驱动器要使LED灯能够正常工作，就必须给LED灯配套合适的驱动器，用于市电驱动器主要有以下几类：开关型（PWM）隔离恒流驱动器开关型（PWM）非隔离恒流驱动器线性恒流非隔离驱动器阻容降压驱动器恒压电源+电阻限流驱动通过高频频率变换的（非PWM）驱动在绝大部分情况下。LED驱动器必须具有恒定输出电流的功能，才能保证LED的稳定工作和发挥最大的效率。1.LEDLEDLED将针对目前市场上普遍存在的误区，逐一1关于节能与寿命LEDLEDlightemittingdiodeTOC o 1-5 h zLED102410LED30LEDLED0.03wVF1.8vIF20MA,LEDledLED

9、20LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED5.LEDLED想，一般情况，一年半载的就坏掉了，而且，光衰也特别明显，由于当时的相关产品是比较高，没有大规模进入市场化，用量相对比较少，这些问题也没有引起太多的重0LED1wLEDLED产品，但是，产品的使用寿命、光衰问题、故障率高，一系列的问题还是没有得到彻底LED5LEDLED技术、相关配套材料的加工、生产等技术水平的大幅度上升，而成本也大幅度下降。时LEDLED然而，产品的可靠性、耐用性、节能效率、电磁辐射等等，一系列问题却一直不尽LEDLEDLED510LEDLEDLEDLEDLED5元，假如，把使用寿命提高到2年，就需要7元，如果

10、，把使用寿命要则成本会增加到10元。虽然价格增加了一倍，但其使用寿命却增加了5算？而且，低价的产品往往伴随着能耗偏大，功率因数偏低，电磁辐射大另外一个问题是，价格增加了一倍，老百姓能不能消费得起？LEDLED人民币0.3元到0.8元不等，从产品质量和性能来说，造价越低，性能就LED隔离驱动与非隔离驱动频闪问题功率与功率因数电源效率与光效EMI发热量与散热问题LED误区剖析1.1关于并联与串联LED灯是小功率的器件，一般情况下，用于照明灯具上，所需要的功率较大，所以，必须用多颗LED灯来组合成为一个光源，这就涉及到并联与串联的问题。由于一般常用的LED灯珠，由于其单颗功率较小，特别是贴片型的LE

11、D，其单颗功率一般在0.11w范围内，单颗芯片的特性电压VF通常有3.2-3.6v、6v，也有950v等多种规格。为了达到一定的照明功率，通常，一个LED灯具，需要若干颗LED灯进行组合，所以，就必须将LED灯珠进行串联或并联，然后通过恒流驱动器，提供稳定的电流供应给LED。那么，LED的组合，到底要选用并联，还是串联，还是串并结合？如何串，如何并？还得根据具体情况而定。但是，这里面却蕴含着诸多的误区。严格来说，每一个LED灯串，必须要有一个独立的恒流驱动装置，才能够保证其性能的稳定和较高的可靠性。如图1图1一感;一讨*你可以多组灯串进行并联，这样，当某个LED灯串出现故障（或者是局部故障）时

12、，它不会影响到其他的灯串，甚至，当某个灯串中出现一个或若干个灯珠短路损坏时，该灯串由于具有独立的恒流驱动器，除了损坏的LED不亮以外，其他的LED还是照样正常工作。这是最理想的驱动方案，但是，这样会使产品的造价升高。实际上，除了一些要求比较高的LED产品（如某些路灯产品）有使用这种驱动方式，目前市场上一般产品很少采用这种驱动方案。目前市场上普遍使用的都是通过并、串以后再进行组合，最终使用同一个驱动器的方案，而并、串的组合方法有多种。市场上常用的方法有下面几种，如图1b、c、d、f图1匕图图1匕图1c图1b是多个LED灯串并联在一起以后共用一个驱动器图1c是所有灯珠全部串联，然后共用一个驱动器。

13、图1d、图1f是2个以上LED为一组并联以后再进行串联。目前，市场上的应用，大部分采用图1f的连接方式。其实，这样的连接方法是错误的，LED最好的组合办法是串联，不要直接并联，因为，每个LED的正向电压（VF）的一致性存在着一定程度的偏差，如果两个（或以上）的LED直接并联，就会造成其电流（IF）的不平衡，VF高的电流就偏小，反之电流就偏大，电流较大的，相应的工作温度也会升高，这就导致了另外一个问题，LED的工作温度会直接影响VF的电压特性，温度升高导致VF下降，这样就产生了一个恶性循环的结果，最终，会导致部分LED提前损坏或光衰。因此，最好，也是最合理的组合方案是全部串联，如果，所用的灯珠数

14、量，已经超出了驱动器的电压供给范围，那么，有两种解决办法：1.分为分为多组灯串，并独立使用恒流驱动。2.选用单颗功率较大的LED灯珠，以减少灯珠的数量。或许，有些人对此不太理解，但事实上就是这样，你要做好它，就必须了解它，并按照它的规则去做。很多人在这个问题上走进了误区，一些灯具生产厂家会认为：LED必须并联，这样，当一个LED损坏以后，其他的灯才会保持继续工作，如果是全部串联，一颗灯珠坏掉，整个灯就不亮了。其实，这种理解，并不正确。下面就并、串联的电路原理，来分析一下，各种并、串联电路，在发生个别灯珠损坏的时候，各自所造成的后果。图2a、b、c画出了目前市场最常见的一款灯板组合电路，分别表示

15、了其中，一颗LED灯珠短路损坏、开路损坏，的情况。图2d入%用+tn济:就逐力器+恒涯阴动器i=2D0ma汨流海油器i；图2d入%用+tn济:就逐力器+恒涯阴动器i=2D0ma汨流海油器i；-2J&0maI-2JOOma令1以鼻D2-_.2daima12QEC1恒流驱动和%人%匹120m口图2bD2iOma120nio图2a,表示两路并联、串联的LED，在正常情况下，假设，单颗LED的工作电流是120ma,则，恒流驱动器选用输出总电流为240ma,正常情况下，D1、D2及各自相应的灯串电流为120ma，如果，某种情况下，假设D1开路损坏，如图2b所示（在x处断开），那么，D1就没有电流通过，这

16、时候，所有电流（240ma）就会全部通过D2流到下一个连接点，再分担为两路。那么，请想想，一个原本120ma电流的LED，让它在240ma的环境下工作，这颗灯珠，还能够支撑多久？LED损坏的另外一种特征是短路，图2c，假设，D1短路损坏，那么，由于DI、D2处于并联的状态，其中，一个短路，与其并联的其他灯珠也跟着不亮了。图2d是一个全串的电路，假设，LED的工作电流是120ma，如果，其中有一个，或者是若干个LED灯珠短路损坏，则其他没有损坏的灯珠还是正常工作，由于恒流驱动器的存在，其电流还是保持120ma不变，而且，哪个灯珠损坏哪个不亮，并不影响其他的灯珠。另外一种损坏情况是开路，如果是开路

17、损坏，那么，就会造成整串灯珠全部不亮。但是，正常情况下，LED的损坏情况，90%以上是属于短路，所以，排除人为问题和工艺问题以外，开路损坏导致整个LED灯具不亮的几率相对较小。所以，选择全串的组合方式，要优于并联的组合方式。关于并、串联的另外一个误区，有人用过图2d，和图2a，两种组合方案做比较，结果发现，使用同样一种驱动器（非隔离驱动），图2d的方案反而故障率比图2a明显升高了，而且，大部分故障都是灯珠内部的打线烧坏而开路，从而就认定串联方案有问题，必须并联才可以减少故障率。其实，他已经陷入了另外一个误区。真正的故障元凶是驱动器！目前市场上很多廉价的非隔离驱动器，不管是线性的、或开关型的，在

18、启动的瞬间，会有一个浪涌脉冲，这个脉冲幅度接近工作电流10倍，如图3,虽然时间很短，也会对LED造成一定程度的伤害，一般来说，一个标准的LED灯珠，其内部都必须有一个齐纳二极管，如图4,工作中，电源所产生的浪涌脉冲，都会被齐纳二极管吸收，从而保护了LED芯片的安全。图3e0.050.10.20.3TLEM但是，由于目前市场价格的激烈竞争，为了降低造价，市场绝大部分的LED灯珠内部都没有齐纳二极管，所以，浪涌电流就会直接通过LED灯珠而造成瞬间冲击。另外，现在市场上的LED灯珠，都是小芯片走大电流，以0.5w的5630（或5730）为例，韩国三星的产品，芯片面积是24x48mil，其他厂家的同类产品，芯片的面积大部分是24x40mil，而现在市场上国产廉价的5630或5730，其芯片面积是14,x28mil，甚至更小。而且，人家规格书上规定的正向电流IF150