LED照明设计基础知识合集

关键基础学问大全

作为新一代的绿色光源技术，其拥有白炽灯所不具备的高度节能性，同时产品在色调及造型上也更丰富更具可塑造性。目前灯

具已广泛应用到室内照明、室外照明、景观工程等多个领域，其节能性得到了社会的一样好评。取代白炽灯，己经成为照明灯

具产业不行逆转的潮流。

及一般白炽灯相比，同瓦数的灯具发光效率是白炽灯的8倍以上，因此虽然照明产品的功率都比较小，但是却能的白炽灯一样,

发出高亮度的光线。

不过由于照明设计涉及光学、电学、热学以及工业美学学问，因此它是名副其实的跨学科多领域学问融合的新技术，本文介绍

了照明的关键基础学问，可以帮助照明领域工程师打好设计基础，提升设计技巧。

照明设计基础学问-安森美培训资料

发光二极管()继在中小尺寸屏幕的便携产品背光等应用获大量接受后，随着它发光性能的进一步提升及成本的优化，近年来已

迈入通用照明领域，如建筑物照明、街道照明、景观照明、标识牌、信号灯、以及住宅内的照明等，应用可谓方兴未艾。

另一方面，照明设计也给包括中国工程师在内的工程社群带来了挑战，这不仅因为照明的应用范围特殊广泛，应用的功率等级、

可以接受的驱动电源种类及电源拓扑结构等，也各不相同。工程师们迫切须要系统地学习及了解更多有关照明设计的基础学问。

有鉴于此，安森美半导体的产品应用总监先生近期特地撰写相关培训资料，为工程师们传授相关的设计基础学问，内容涉及

驱动器的通用要求、电源拓扑结构、功率因数校正、电源转换能效和驱动器标准，以及牢靠性和运用寿命等其它问题，便利他

们更好地设计入门及提高，从而更好地服务于照明市场。限于篇幅，本文是该培训资料的摘要介绍。

一、驱动器通用要求

驱动面临着不少挑战，如正向电压会随着温度、电流的变更而变更，而不同个体、不同批次、不同供应商的正向电压也会有差

异；另外，的“色点”也会随着电流及温度的变更而漂移。

另外，应用中通常会运用多颗，这就涉及到多颗的排列方式问题。各种排列方式中，首选驱动串联的单串，因为这种方式不论

正向电压如何变更、输出电压()如何“漂移”，均供应极佳的电流匹配性能。当然，用户也可以接受并联、串联-并联组合及交叉

连接等其它排列方式，用于须要“相互匹配的”正向电压的应用，并获得其它优势。如在交叉连接中，假如其中某个因故障开路,

电路中仅有1个的驱动电流会加倍，从而尽量削减对整个电路的影响。

并联

Q十

Q

Q

Q

Q

Q

交叉连接

图1:常见的排列方式

的排列方式及光源的规范确定着基本的驱动器要求。驱动器的主要功能就是在确定的工作条件范围下限制流过的电流，而无论

输入及输出电压如何变更。驱动器基本的工作电路示意图如图2所示，其中所谓的“隔离”表示沟通线路电压及(即输入及输出)

之间没有物理上的电气连接，最常用的是接受变压器来电气隔离，而“非隔离”则没有接受高频变压器来电气隔离。

图2：驱动器的基本工作电路示意图。

值得••提的是，在照明设计中，电源转换及恒流驱动这两部分电路可以接受不同配置：1)整体式()配置，即两者融合在一起，

均位于照明灯具内，这种配置的优势包括优化能效及简化安装等；2)分布式()配置，即两者单独存在，这种配置简化平安考虑,

并增加灵敏性。

驱动器依据不同的应用要求，可以接受恒定电压。输出工作，即输出为确定电流范围下钳位的电压；也可以接受恒定电流()输出

工作，输出的设计能严格限定电流；也可能会接受恒流恒压()输出工作，即供应恒定输出功率，故作为负载的的正向电压确定

其电流。

总的来看，照明设计须要考虑以下几方面的因素：

输出功率：涉及正向电压范围、电流及排列方式等

电源：电源、电源、干脆接受电源驱动

功能要求：调光要求、调光方式(模拟、数字或多级)、照明限制

其他要求：能效、功率因数、尺寸、成本、故障处理(爱惜特性)、要遵从的标准及牢靠性等

更多考虑因素：机械连接、安装、修理/替换、寿命周期、物流等

二、驱动电源的拓扑结构

接受电源的照明应用中，电源转换的构建模块包括二极管、开关0、电感及电容及电阻等分立元件用于执行各自功能，而脉宽

调制()稳压器用于限制电源转换。电路中通常加入了变压器的隔离型电源转换包含反激、正激及半桥等拓扑结构，参见图3,

其中反激拓扑结构是功率小于30W的中低功率应用的标准选择，而半桥结构则最适合于供应更高能效/功率密度。就隔离结构

中的变压器而言，其尺寸的大小及开关频率有关，且多数隔离型驱动器基本上接受“电子”变压器。

反激

LLC半桥谐振拓扑结构

图3：常见的隔离型拓扑结构。

接受电源的照明应用中，可以接受的驱动方式有电阻型、线性稳压器及开关稳压器等，基本的应用示意图参见图4。电阻型驱

动方式中，调整及串联的电流检测电阻即可限制的正向电流，这种驱动方式易于设计、成本低，且没有电磁兼容0问题，劣势

是依靠于电压、须要筛选()，且能效较低。线性稳压器同样易于设计且没有问题，还支持电流稳流及过流爱惜()，且供应外部

电流设定点，不足在于功率耗散问题，及输入电压要始终高于正向电压，且能效不高。开关稳压器通过限制模块不断限制开关

()的开和关，进而限制电流的流淌。

Transistor|

4

>

¥

电阻型线性稳压等

图4：常见的驱动方式。

开关稳压器具有更高的能效，及电压无关，且能限制亮度，不足则是成本相对较高，困难度也更高，且存在电磁干扰0问题。

开关稳压器常见的拓扑结构包括降压()、升压0、降压-升压0或单端初级电感转换器0等不同类型。其中，全部工作条件下最低

输入电压都大于串最大电压时接受降压结构，如接受24驱动6颗串联的；及之相反，全部工作条件下最大输入电压都小于最

低输出电压时接受升压结构，如接受12驱动6颗串联的；而输入电压及输出电压范围有交迭时可以接受降压-升压或结构，如

接受12或12驱动4颗串联的，但这种结构的成本及能效最不志向。

接受沟通电源干脆驱动的方式近年来也获得了确定的发展，其应用示意图参见图5。这种结构中，串以相反方向排列，工作在

半周期，且在线路电压大于正向电压时才导通。这种结构具有其优势，如避开转换所带来的功率损耗等。但是，这种结构中在

低频开关，故人眼可能会察觉到闪烁现象。此外，在这种设计中还须要加入爱惜措施，使其免受线路浪涌或瞬态的影响。

图5：干脆接受沟通驱动的示意图。

三、功率因数校正

美国能源部()“能源之星”(TM)固态照明()规范中规定任何功率等级皆须强制供应功率因数校正0。这标准适用于一系列特定产品，

如嵌灯、橱柜灯及台灯，其中，住宅应用的驱动器功率因数须大于0.7,而商业应用中则须大于0.9；但是，这标准属于自愿性

标准。欧盟的61000-3-2谐波含量标准中则规定了功率大于25W的照明应用的总谐波失真性能，其最大限制相当于总谐波失

真()<35%,而功率因数()>0.94。虽然不是全部国家都确定强制要求照明应用中改善功率因数，但某些应用可能有这方面的要

求，如公用事业机构大力推动拥有高功率因数的产品在公用设施中的商业应用，此外，公用事业机构购入/维护街灯时，也可以

依据他们的意愿来确定是否要求拥有高功率因数(通常>0.95+)。

图6：有源的应用电路示意图

技术包括无源及有源两种。无源方案的体积较大，须要增加额外的元件来更好地变更电流波形，能够达到约0.8或更高的功率

因数。其中，在小于5W至40W的较低功率应用中，几乎是标准选择的反激式拓扑结构只须要接受无源元件及稍作电路改

动，即可实现高于0.7的功率因数。有源(见图6)通常是作为一个特地的电源转换段增加到电路中来变更输入电流波形。有源通

常供应升压，沟通100至277的宽输入范围下，输出电压范围达直流450至480.假如恰当地设计段，可以供应91%到95%

的高能效。但增加了有源，照旧须要特地的转换来供应电流稳流。

四、能效问题

照明应用的能效须要结合功率输出来考虑。美国“能源之星”固态照明规范规定了照明器具级的能效，但并不涉及单独驱动器的

能效要求。如前所述，接受电源的应用可以接受两段式分布拓扑结构，故可能接受外部适配器供电。而“能源之星''的确包含有

关单输出外部电源的规范，其2.0版外部电源规范于2023年11月起先生效，要求标准工作模式下最低能效达87%,而低压工

作模式下最低能效达86%；在此规范中，功率大于100W时才要求。

Linevoltageinput

XAANXNXXXXX'

®Driver

0LED

Package

OpticalPower

图7：美国能源部2023年秋季提出的照明灯具能效研发目标。

而在接受电源的应用中，要供应更高的转换能效，就涉及到成本、尺寸、性能规范及能效等因素之间的折衷问题。例如，若运

用更高质量的元件、更低导通阻抗0,就可降低损耗及改善能效；降低开关频率一般会改善能效，但却会增加系统尺寸。诸如

谐振这样新的拓扑结构供应更高能效，却也增加设计及元件的困难度。假如我们将设计限定在较窄的功率及电压范围，则可以

帮助优化能效。

五、驱动器标准

驱动器本身也在不断演进，着重于进一步提高能效、增加功能及功率密度。美国“能源之星”的固态照明规范提出的是照明器具

级的能效限制，涉及包括功率因数在内的特定产品要求。而欧盟的61347-2-13(5/2023)标准针对接受直流或沟通供电的模块的

要求包括：

(35.3)最大平安特低电压()工作输出电压W25

不同故障条件下“恰当’7平安的工作

故障时不冒烟或易燃

此外，C82驱动器规范仍在制定之中。而在平安性方面，须要遵从、等标准，如1310(2)、60950、1012。

此外，照明设计还涉及到产品寿命周期及牢靠性问题。

总结:

本文共享了安森美半导体产品应用专家先生的一些重要的照明设计基础学问，如驱动器的通用要求、驱动器电源的拓扑结构、

功率因数校正、电源转换能效及驱动器须要遵从的标准等问题，帮助工程师更好地从事照明设计。安森美半导体身为全球领先

的高性能、高能效硅解决方案供应商，针对不同照明应用，不论其接受何种电源供电，均供应应用所需的高性能电源转换、功

率因数校正及驱动解决方案，辅以高质量的服务及支援，帮助客户在市场竞争中占据先机。

自复原保险丝在产品中的应用电路

一、刚刚起先起步成本高

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。从这一概念动身就很简洁理解，为什么光源是白炽灯光源价格的50倍左右时，交通信号灯的市场就起

先启动，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，以后将向一般照明扩展。

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、公共消遣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、不一样性带来的问题：

理论上都一样，都是能发光的二极管，而事实上全部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

的生产工艺是不一样的，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

要求特殊高，不同厂家运用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使的发光强度及驱动电流是不完全相同的，或者相差很大,

而且耐过电流实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，使得整体的散热实力是不一样的，

全部的厂家都在探讨和开发新材料，以求解决组合材料的热彭胀及散热的问题。由此不难看动身光二极管在短期内仍存在个体

之间的很大的差异，假如每个灯只用一个，那是很好限制的，而且是真正的长寿命，例如电视机、上的电源指示灯就是如此；

而当我们用制作照明灯具时，就不是用单个的，而是用多个，或上百上千个排成阵列接入电路，再者，须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；因的差异性总是存在的，

在多个组成的连路中，当有几个坏掉时（通常是短路），会使电流增大而损坏其他的。这就是不一样性带的结果，也是制约其发

展的因素之一。

三、驱动电路困难成本高、故障率高

a.在电压匹配方面，不象一般的白炽灯泡，可以干脆连接220V的沟通市电。是23•伏的低电压驱动，必需要设计困难的变换电

路，不同用途的灯，要配备不同的电源适配器。

b.在电流供应方面，的正常工作电流在1518,供电电流小于15时的发光强度不够，而大于20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40时会很快损坏。为了延长照明灯的运用寿命，简易电源是不能运用的，而常用集

成电路电源、电子变压器、分别元件电源等，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，另加爱惜电路，这样就使的电源供应器电路很困难，故障率增加。元件成本、生产成本、服务成本都将上升。

而目前本身的成本就高，加上电源的成本，这就大大地限制了市场的竞争力及购买群体，照明灯的优势大打折扣，这也是制约

其发展及普及的又一关键问题。四、解决问题的方法及可行性分析：

解决问题的方法可用自复位过流爱惜器元件

假如用过流爱惜器作爱惜，将是另外一种结果，从原理可知，当电路的电流超过规定值时会讯速的自动爱惜，在解除故障后又

自动复位，无需人工更换。对而言，电压的变更不是损坏的干脆缘由，而电流的增大才是的真正杀手。自不待言，利用的这个

特性，在的电路爱惜上具有确定的优势，让简易电源供电变为现实。实践证明，在电路出现故障以前就有效爱惜了。在简易电

源上，这个优势特殊突出。对如下3图分析可见，因有了后可省去恒流、恒压电路，的质量也提高了。器件成本、生产成本、

故障率、服务成本等，都大大降低。也大大增加了产品的市场竞争力。所以谁先运用，谁先占据市场。

运用前后的拓扑结构比较图

浅谈产品老化我们在应用时经常会出现这样种问题，焊在产品上刚起先的时候是正常工作的，但点亮一段时间以后就会出现

暗光、闪动、故障、间断亮等现象，给产品带来严峻的损害。引起这种现象的缘由大致有：

1.应用产品时，焊接制程有问题，例如焊接温度过高焊接时间过长，没有做好防静电工作等，这些问题95%以上是封装过程

造成。

2.本身质量或生产制程造成。预防方法有：

1.做好焊接制程的限制。

2.对产品进行老化测试。

老化是电子产品牢靠性的重要保证，是产品生产的最终必不行少的一步。产品在老化后可以提升效能，并有助于后期运用的效

能稳定。老化测试在产品质量限制是一个特殊重要的环节，但在许多时候往往被忽视，无法进行正确有效的老化。老化测试是

依据产品的故障率曲线即浴盆曲线的特征而实行的对策，以此来提高产品的牢靠性，但这种方法并不是必需的，终归老化测试

是以牺牲单颗产品的寿命为代价的。

老化方式包括恒流老化及恒压老化。恒流源是指电流在任何时间都恒定不变的。有频率的问题，就不是恒流了。那是沟通或脉

动电流。沟通或脉动电流源可以设计成有效值恒定不变，但这种电源无法称做「恒流源」。恒流老化是最符合电流工作特征，

是最科学的老化方式；过电流冲击老化也是厂家最新接受的一种老化手段，通过运用频率可调，电流可调的恒流源进行此类老

化，以期在短时间内推断的质量预期寿命，并且可挑出许多常规老化无法挑出的隐患。有效防止高温失灵热敏电阻用作限流

器近年来，发光二极管（简称）的发展已取得巨大进步：已从纯粹用作指示灯发展为光输出达100流明以上的大功率。不久之后,

照明的成本将降至及传统冷阴极荧光灯（简称）类似的水平。这使得人们对的下述应用爱好日浓：汽车照明灯、建筑物内外的光

源、以及笔记本电脑或电视机屏的背光。大功率技术的发展提高了设计阶段对散热的要求。就像全部其它半导体一样，不能

过热，以免加速输出的减弱，或者导致最坏状况：完全失效。及白炽灯相比，虽然大功率具有更高效率，但是输入功率中相当

大的一部分仍变成热能而非光能。因而，牢靠的运作就须要良好的散热，并要求在设计阶段就考虑高温环境。设计驱动

电路尺寸时，也必需考虑温度因素：必需选择其正向电流，以确保即使环境温度达到最高值，芯片也不会过热。随着温度的上

升，就须要通过降低最高容许电流，即降低额定值，来实现降温。制造商把降额曲线纳入其产品规格中。有关此类曲线，参见

图1。

T（C）图I

图1降频曲线

利用无温度依靠性的电源运行存在弊端：在高温区域内，则超出规格范围运行。此外，当处于低温区域时，照明源就由明显低

于最大容许电流（参见图1红色曲线）的电流供电。如图1的绿色曲线所示，通过驱动电路中的正温度系数热敏电阻（简称热敏电

阻）来限制电流是一个重大改进。这至少可以带来下列好处：

*在室温下增加正向电流，从而增加光输出

*因为可以削减运用量，所以可以运用价格较低的驱动集成电路（简称）乃至一个不带温度管理的驱动电路来节约成本

*实现无需限制的驱动电路设计，此电路亦可使电流随温度变更

*能够运用较便宜减额值较高平安裕量较小的

*过酷爱惜功能提高了牢靠性

*带散热片的热机械设计更为简洁

大多数用驱动电路形式具有一个共同点：即流经的正向电流是通过固定电阻进行设置（参见图2）。一般说来，流经的电流取决

于，即~1。由于不随温度而变，因此电流也不受温度影响。

将固定电阻换成随温度变更的电路，即可实现对电流的温度管理。下列图表阐明白如何运用热敏电阻来改善标准电路。

示例1：有反馈回路的恒流源

图2中电路1为常用的驱动电路。其恒流源包括一条反馈回路。当调整电阻两端的反馈电压达到因而异的时，电流就不变了。

电流因而被稳定在。

(

V

.et

图2LED的传统驱动万式；

图2的传统驱动方式

图3所示为上一电路改良型：此电路借由热敏电阻，生成随温度变更的电流。通过正确选择热敏电阻、以及，此电路及专用驱

动和组合相匹配。其中，电流可经由下列方程式计算得出：

图3所示电路阐明白电流（参见图3）的温度依靠性。及针对最高运行温度为60度的恒流源相比较，运用热敏电阻后电流可在（）

度和40度之间提升达40%,并且亮度也能提高同等百分比。

图3接受热敏电阻的温度监测和电流降频

示例2：调整电阻及无串联的恒流源

图2所示电路2为另一常见的恒流源电路：电流通过连接驱动的电阻得以确定。然而在这种状况下，调整电阻并未及串联。和

之间的比率由规格明确。因此，运用20KC的串联电阻和4241G型驱动，最终产生的电流为30。图4所示为标准电路改良型,

其中也含有一个热敏电阻，尽管此处接受热敏电阻。在感测温度，元件电阻可达4.7KD,且容许误差值为±5℃（标准系列）或±3℃

（容许误差值精确系列）。

图4所示为随外界温度而变更的电流。固定电阻容许误差范围小，在低温时支配总电阻。只有在低于热敏电阻的感测温度大约

15K时，由于热敏电阻的阻值起先增加，电流才会起先下降。在感测温度（总电阻19.5KC+4.7KC=24.2KC）时的电流大约为23。

电阻在温度更高时急剧上升，快速引发断路，从而避开因温度过高出现故障。

Vout

<I

IC——

TLE4241G

Rwhptc

Rserie

19.5k

图4无分流测量之温度记录

示例3：无简洁驱动电路

如图2所示电路3,也可在无驱动的状况下工作。图示电路是通过车用电池驱动单一200o稳压器生成5V的稳定电源电压，

以避开电源电压出现波动。在处运作，电流则通过及串联的电阻元件确定。在这类电路中，通过下一则等式可算出独立于温度

的正向电流，在此等式中，是一个的正向电压：

另一做法是将的径向引线式热敏电阻以及两个固定电阻相组合后，替代上述固定电阻，如图所示。

由于电流的绝大部分流经热敏电阻本身，因此须要选择一个较大的径向引线式元件。将因为流经电阻本身的电流而导致发热，

因此会始终削减电流，无论环境温度为何（如图5所示）。并联两个或更多片式热敏电阻会将电流分流，但此方案仍存在局限性。

图5无需的温度补偿驱动电路

电流值主要是通过适当选择两个固定电阻来设置的。这两个电阻也在改进电路方面也起到重要作用，因为它们将产生的正向电

流的允差保持在较低水平。这在正常工作温度范围内尤其重要，因为此时热敏电阻本身的阻值允差仍较高。其次个并联固定电

阻也能确保不会在极端高温状况下彻底关闭，因此，电流不会降至低于下列等式计算的所得值：

这项性能在例如汽车电子这样的应用中极其重要，因为平安要求不允许照明灯彻底关闭。

背景资料：的温度依靠性

像全部半导体一样，的最高容许结点温度不能超过，以免导致过早老化或者完全失效。假如结点温度要保持在临界值以下，那

么外界温度上升时，最高容许正向电流则必需下降。不过，假如运用散热器，在特定的外界温度时正向电流可以增加。的光输

出随着芯片结点温度的上升而下降。上述状况主要发生在红色和黄色，白色则及温度关系较小。光照效率和正向电流保持同步

增长，不过，安装在结层和环境之间的所具备的高热阻率可以降低乃至逆转这种作用，这是因为随着结点温度的上升，放射光

会降低。

此外，当结点温度上升且正向电压及温度保持同步增长时，放射光的主波长会以+01/K的典型速率增长。各种白光驱动电

路特性评比1996年，日亚化学的中村氏发觉蓝光之后，白光就被视为照明光源最具发展潜力的组件，因此，有关白光性能的

改善及商品化应用，立刻成为各国探讨的焦点。目前,白光已经分别应用于公共场所的步道灯、汽车照明、交通号志、可携式电

子产品、液晶显示器等领域。由于白光还具备丰富的三原色色温及高发光效率的特性，一般认为特殊适用于液晶显示器的背光

照明光源，因此，各厂商接连推出白光专用驱动电路及相关组件。鉴于此，本文就专用驱动电路的特性及今后的发展动向进行

简洁阐述。1定电流驱动的理由

1.1白光的光度以顺向电流规范

白光的顺向电压通常被规范成20时，最小为3.0V,最大为4.0V,也就是若单纯施加确定的顺向电压时，顺向电流会作大范围

的变更。

版

向

电

流

nv\

图I六种随机取样白光LED的

顺向电压与顺向电流特性

注：----三种随机取样.A厂白光LED的VF枷庄;

----三种随机取样,B厂目光LED的VF特性

图1是从A、B两家企业的产品中随机取三种白光样品进行顺向电压及顺向电流特性检测的结果。依据检测结果显示，若利用

3.4V顺向电压驱动上述六种白光时，顺向电流会在10~44范围内大幅变动。表1为白光的电气及光学特性。

表1白光LED的电气与光学特性(Ta=2SOC)

项目符号条件最小值标准值殿大值单位

顺向电压———3.64.0V

逆向电流————50隰A

等级T1,—7208601000med

光度等级SL—500600720med

等级RL—360430500med

注：①光度的量涮谋是±10%;

②日S.NSCW455目光LED的电气特桂是以I:201nA条件测试时可以预估光庾

与色反，因此建议以定电流才式驱动

由于白光的光度及色度是以定电流方式量测的，所以，为获得预期的亮度及色度，通常是用定电流驱动。

»1光学坐标的等纪

等级A

K(L2S026402W02%

y03IM0J»7(130502%

X02870283OJXI03X1

yOJ950J0503«)0339

X02960287(I3M)

y0^760295033903IX

等级■

X0J300J3(l0J610356

y031S036003S50351

表2为光学坐标的等级()(25,2500»

1.2避开顺向电流超越容许电流值

为确保白光的牢靠性，基本上就是须要设法避开顺向电流超过白光的确定最大设计值(定格值)。

020406080100

周闱温度(七)

图2白光LED的绝对星大顺向电流设计值

与周围温度的互动关系

图2中，白光的定格最大顺向电流为30,随着四周温度的上升，容许顺向电流则持续衰减，假如四周温度为50℃,通常顺向

电流就不能超过20。此外，利用定电压的驱动方式不易限制流入的电流值，因此就无法维持的牢靠性。

2白光的驱动方法

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图3是驱动白光常用的四种电源电路：图4是上述六种随机取样白光稳定后的精度特性。

图4的测试结果显示，的负载特性出现在白光的角落上，即图中的交叉点就是各白光的稳定动作点。

2.1运用电压的驱动方式

图3(a)的电路分别运用可以限制电流的电压及电阻，这种电路的优点是电压种类丰富，设计者可以选择的自由度较大，而且

及电压、的接点只有一点；缺点是造成的电力损失会导致效率恶化。此外，的顺向电流也无法获得精密限制。

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@17_5mM£D的A观特性

图4(a)中可以看出，随机取样六个白光的顺向电流，从14.2到18.4分布范围特殊广，因此，A厂商的(平均值)顺向电流

高达2.0。相比之下，图4(b)电路运用的虽然有小型、低成本的优点，缺点是可能会无法满意性能及牢靠性的要求，也就是

说本电路的好用性相对较弱。

2.2运用定电流输出的电压驱动方式

图3(b)的电路虽然可以使流入的全部电流稳定化，不过为了匹配()各的电气特性，电路中特殊设置了一组电阻。

图3(b)中的1910属于定电流输出型的电压，虽然本电路运用同厂商、同批号()的白光，获得了极佳的匹配性，不过，在

运用不同厂商及批号的时，就会出现很大的特性差异分布。本电流运用类似图3(a)的方式限制驱动电流，不过它却可以使电

阻的消费电力降低一半左右。

图4(b)的测试结果显示，流入六个随机取样白光的电流，从15.4到19.6,变更范围特殊大。因此，A厂商及B厂商两者的

是以平均17.5的电流驱动。此电路的缺点是电阻造成的电力损失有残留之虞，而且又无法获得电流的匹配性；不过整体而言，

本电路兼具动作特性及简洁性，所以具有相当程度的运用价值。

2.3运用输出型的电流的驱动方式

图3(c)的电路可以使流入的电流各自稳定化，因此不须要运用电阻，电流的精度及匹配性则由各自的电流支配。

图3(c)中的1570可以使上述电流达成2%标准的电流精度，及0.3%标准的电流匹配性等目标。

由1570构成的电流为低，因此它的动作效率特殊高。图4(c)的测试结果显示，运用图3(c)的驱动电路时，流入六

个随机取样白光稳定化的电流为17.5»

虽然及之间须要四个连接端子，不过此电路不须要电阻，所以可以有效抑制封装面积，因此特殊适合应用在封装空间极为狭窄

的小型液晶面板等领域。

2.4运用升压型电流驱动的方式

图3(d)的电路是利用可以使电流稳定化的电感(),构成所谓的高效率。本电路的最大特点是电压，可以削减电

流检测用电阻的电力损失。此外，接受串联方式连接，所以流入白光的电流即使是在各种要求下，都能够及完全取得匹配。

有关电流的精度基本上取决于的精度，因此不会受到顺向电压的影响。

由1848及1561构成的电流的效率()分别是：三个+1848,87%；六个+1561,84%。

的另一优点是及之间须要两个连接端子，而且的运用数量不会受到种类的影响，这意味着设计者会拥有更大的选择空

间。因此，广泛应用在各种尺寸的液晶面板；电路的缺点是电感外形高度、组件成本偏高，有辐射干扰。

3结束语

以上介绍了白光常用的驱动电路，并通过试验方式深化探讨了各电路实际运行时的优缺点和特性。由于结构的限制，因此会有

波长及驱动电流精度不易限制等困扰，随着白光背光模块应用需求的不断增加，如何改善上述波长及电流精度问题，同时降低

驱动电路的制作成本，成为必需克服的问题。

十则小学问

一、什么是？

(),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放射产生可见光。

二、有哪些优点？★高效节能一千小时仅耗儿度电（一般60W白炽灯十七小时耗1度电，一般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，不怕振动，不易裂开，运用寿命可达五万小时（一般白炽灯运用寿命仅有

一千小时，一般节能灯运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（一般灯光线中含有紫外线和红外线）

★绿色环保不含汞和优等有害元素，利于回收和利用，而且不会产生电磁干扰（一般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）

★爱惜视力直流驱动，无频闪（一般灯都是沟通驱动，就必定产生频闪）

★光效率高,发热小：90%的电能转化为可见光（一般白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能）

★平安系数高所需电压、电流较小，发热较小，不产生平安隐患，可用于矿场等紧急场所

★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、权威预料

半导体照明将在将来5-10年内取代现有传统光源。

"将来白光将更加便宜，市场总体容量将快速增长。"许志鹏乐观地指出，据美国能源部预料，2023年前后，美国将有55%的

白炽灯和荧光灯被替代，可能形成一个500亿美元的大产业。而日本提出，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照明战略支配。

美国能源部预料，到2023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。日本支配到2

023年用这种半导体灯替代50%的传统照明灯具。科学家测量发觉，在同样亮度下，的电能消耗仅为白炽灯的1/10,寿命

则是白炽灯的100倍。由于LED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。依据美国能源部（）的预料，传统照明器件的彻底更新换代将在2023年起先启动，然而许多供应商都希

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"2023-3-16

2023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，以削减温室气体排放。

在这之前，澳大利亚已领先通过停止运用白炽光灯泡法令。

五、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2023年年底生产线将达到50条，形成绿色照明的规模化效应。预料我国2023年应用市

场规模将达540亿元，到2023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支配用取代传统的照明灯，目前60流明/瓦特的亮度在2023年第四季提升五成至80流明/瓦特，

而每一模组为250流明；在2023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、澳大利亚及新西兰将领先停止运用白炽光灯泡

澳大利亚政府最近宣布，为了削减温室气体的排放量，澳大利亚将禁止除医疗用以外的白炽灯的运用。据此，到2023年时澳

大利亚将削减400万吨温室气体的排放。

而据2023年2月21日《》报道，新西兰能源部长建议参照澳大利亚的做法，新西兰也应在将来两到三年内禁止运用一

般白炽光灯泡，用节能环保的荧光灯泡（）取代。澳大利亚环境部长说，澳大利亚2023年将推行新的民用照明标准，通

过新标准的实施，2023年可削减温室气体排放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

1,目前比较而言，的售价还较高，楼道灯是共用设施，共同担当大家就能接受。

2,楼道灯现在普遍是运用白炽灯，若换用灯，节电的效果就特殊明显。

3,楼道灯在白天是熄灭的。晚上就常见的启动或关断。不要说是节能灯，就是白炽灯都会很快的玩完。但是灯却是不怕，因

为它的发光机理及白炽灯和节能灯都不同，就恰恰特殊的适应在高速的开关工作状态，确定不会因为是这个缘由而损坏。

4,灯的寿命很长，就免除了楼道灯经常须要修理的尴尬状况。

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、灯能干脆替换现在的楼道灯吗？

不能。由于现在大家运用的楼道灯是白炽灯，根本就无法用灯或节能灯去替换，所以假如要换用灯就必需也要同时换用声光控

开关。现在有专用的一体化的声光控楼道灯，干脆就运用220V的市电，特殊便利运用。我们将猛烈建议楼道灯的运用电压用

直流的24V,其好处和缘由我们会另文介绍。随着技术发展和成本的降低，灯取代节能灯也就成为必定的了。

十、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确定范围内变更，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、恒流驱动电路驱动是较为志向的，但相对而言价格较高。

d、应留意所运用最大承受电流及电压值，它限制了的运用数量；

（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更；

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，每串须要加上合适的电阻方可使每串显示亮度平均；

d、亮度会受整流而来的电压变更影响。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，在闪动运用时，由于充放电的作用，通过的瞬间电流极大，简洁损坏芯片。易受

电网电压波动的影响，电源效率低、牢靠性低。

（2）电阻降压方式：通过电阻降压，受电网电压变更的干扰较大，不简洁做成稳压电源，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，而且系统的牢靠也较低。

（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，牢靠性不

直百O

（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,水纹干扰大。

（5）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。由于这种限制方式

的振荡频率是不连续，开关频率不简洁限制，负载电压水纹系数也比较大，异样负载适应性差。

（6）限制方式开关电源：主要由四部分组成，输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、稳压限制部分、开关能量转换部分。

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更的状况下，限制电路通过被限制信号及基准信号的差值进

行闭环反馈，调整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爱惜措施，属高牢靠性电源。

从以上介绍可以看出限制方式设计的电源是比较志向的电源。目前珠海市南宇星电子公司生产的"金兴”牌开关电源就是限制技

术的开关电源，该类电源经用户运用反映效果很好。

的电池供电方案电路实解

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，己成功地替代了白炽灯、荧光灯、

抵灯，它的驱动电路多接受专用恒流集成电路，因厂商的专用设计，给研发制作多样化的灯带来了局限，我们选用三端稳压集

成电路及的组合，给研发制作灯扩展了空间，节约了成本。

一、车船照明灯、应急灯、太阳能路灯

图11是车船照明灯、应急灯的基本电路。

24

工

一

三

一

一

工

图11

接受24V充电电池，317三端可调稳压集成块，A30单元电路12路并联(共用30高亮60颗)，制成后的灯亮度接

近15W荧光灯。计算5A30单元电路的工作电压U=33.3VX5=19.5V,调正R2阻值，将317输出电压调到19.5V后，将接入,

此时总电流应在350~360(30X12),因的电压值差异，电流若偏离较大，再微调R2将总电流调到360内，R2调正完毕防上

变动，需用相同值的固定电阻替。317最大输出电流1.5A,不带散热板时耗散功率2%带200X200X4散热板可达15%317

是压降型稳压块，所以输入及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,317输出电压最小值18V,压差10V,总电流0.36A,则功耗=10VX0.36A=3.6W,大于317不带散热板的功耗2W,此时应

考虑安装散热器。317内部有过热、过流爱惜，平安牢靠，易购，价格又低(0.6~0.8元/片)，是广袤电路设计者宠爱选用的三

端稳压器之一.

图12是输出电流达3A的317的扩流电路。

图12

用24V蓄电池供电，15只3组成的45w大功率照明灯，调正R2使输出总电流2100(700X30),酷爱惜器1的常开触点

及微型风扇组成自动风冷装置。

图13是317输出100V.1A的稳压电路。

图13

虽然厂商手册标明317的最大输入电压37V,但只要保持输入及输出的压差在10V以内，而且及的组合后是电阻型负载,

开,关时没有冲击电流，该电路是平安牢靠的，二极管D是防电池极性反接爱惜，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及300单元电路组成的25W照明灯。

图14是太阳能路灯应用电路。

B100

+--------12V

•I—n•1—I

fWl

1

太阳倏电池板

!1A•看电池

1=3-

图14

当有光照时，太阳能电池板通过太阳能路灯限制器，向12V蓄电池充电。夜晚，蓄电池通过限制器向灯供应12V的恒压电

源。灯由3个B100单元电路串联组合，发光管选用203.3V,它的工作电压U=（0.653.3V）X3=1L85V。按太阳能电池板的功

率，及实际照光明度的需求，可设计二路或多路灯的并

联。

二、头灯、手电灯

图15是用于6V可充电电池供电的头灯,手电灯电路。

LED/30utnA

B300

远光

33V-43V

6V二LM1117

33V

二

o-Ih

一h

R2uBIOO

,

一300近光

工

LED/20mA

图15

接受1117-3.3V低压差三端稳压块，223封装（贴片型），价格低廉（0.6-0.8元/片），输出电流300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100Q〜240c范围内选择，输出电压可在3.54.1V内相应变更，刚好满意各种的

电压需求，C300及1的单元电路用来作远光照射，5B100及5只20作近光照射，电路板实物见照片3。

照片3

图16是用于3.6V的.锂电池、银氢电池或4V干式铅蓄电池供电的手电筒电路.

LED/20nA

——

二

一

工

图16

选用203.0V（或3.4V）的及5B100组成的单元电路，及电源电压3.6V（或4.0V）匹配。

三、汽车车灯

以上317、1117属压降型转换，在输入及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

关型转换电路，34063是一块通用、易购、价廉（0.60~0.80元/片）的开关升、降压集成电路，外围电路元件较少，见图17

1J5V-8OV

t=l~

t=l~

B3OOLEDX3OOttA匕

图17

用于汽车车灯，输入电压12V,输出电压1.25~8V可调，最大输出电流700,选用1W300的，按亮度须要可从1颗、

2颗、4颗三种组合中任选。选用红光，黄光，白光，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

X（0.5V+},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280―300,选择组合3时，应将电流微调到560~600。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恒流驱动技木中比较牢靠，好用，价廉的方法之一，信任你在实践时会应用得更好。

显示屏防光衰的应用

大型数字显示屏、点阵显示屏的光衰现象，始终是运用过程中的维护难题，除接受风冷降温，还必需接受恒流措施。由1

个或多个组成的像素点（或称像素管、模块），在计算机系统限制下交替点亮，它的负载是动态的，接受集成电路恒流源不能

及它匹配。接受热敏电阻来解决，不需改动原电路结构，只要在每个像素点（像素管,模块）前或后，串一只热敏电阻，补偿

成电阻型“灯泡”，就便利、经济地解决了显示屏光衰现象。依据像素点的的电流及串，并联只数，来选择。如像素管是由4

'6个18~20串联组成,可用一只20热敏电阻串在该回路内，当环境温度在-40℃~120℃变更时像素管电流始终维持在18~20.,

有效地防止了的光衰,并且A