高亮LED应用及驱动电路探讨

李心宏 信明阳

1.营口卷烟厂，辽宁营口 115002； 2.沈阳航空六二六科技有限责任公司 ，辽宁 沈阳 110034

高亮LED应用及驱动电路探讨

李心宏1信明阳2

1.营口卷烟厂，辽宁营口 115002； 2.沈阳航空六二六科技有限责任公司 ，辽宁 沈阳 110034

进入能源高消耗时代，人们开始对LED在照明领域的应用投以关注的目光，伴随着白光高亮LED的出现，—场新的产业革命——照明革命正在到来。高亮LED 照明以其高效、节能、长寿命的特点，得到越来越广泛的应用。然而如何实现对高亮LED的驱动，成为目前人们急需解决的课题之一。本文介绍了高亮LED的应用，并对LED的驱动方式进行了探讨。

LED ；应用；驱动；恒流

1、高亮LED简介

发光二极管(LED)发明于20世纪60年代，它是利用半导体材料中的电子和空穴相互结合并释放出能量，使得能量带位阶改变，以发光的形式显示其所释放出的能量。LED具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点，被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。随着技术的不断进步，超高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光LED的研制成功，是LED从标识功能向照明功能跨出的实质性一步，如今，用于装饰照明领域的LED显示屏已经广为人知。不过，业界预计普及高亮LED灯的日常照明还要数年之后。表1为白光LED与传统白炽灯性能参数对比：

表1

从以上参数可以看出，高亮LED对传统白炽灯有着无可比拟的优势，而与其他传统光源相比，高亮LED无论是在寿命、节能还是在环保、响应速度方面优势亦是相当的明显。

2、高亮LED的应用

高亮LED以其亮度高、能耗低、环保实用等优点，得到越来越广泛的应用。目前已有很多厂家生产高亮LED 灯类产品，例如：护栏灯、灯杯、投射灯、交通指示灯、手持照明灯，等等。在工业领域，高亮LED照明的应用也日趋广泛。以烟草行业为例，在卷烟生产线设备上，机台通常采用日光灯照明方式，其缺点是照明效率低、使用寿命短、可维护性差，安装繁琐。而采用高亮LED灯代替传统的日光灯，则会较好地解决上述问题，并且可根据客户要求采用安全电压供电方式（例如：直流24V），因此受到使用者的广泛认可。

3、LED驱动方式探讨

为了保证照明级高亮LED能获得较高的使用效率，得到良好的应用，需要满足LED的各种应用条件，其中一个条件就是需要采用相适应的驱动电路来满足LED的参数配合要求。

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几种，工业生产上使用的多种型号的机台照明灯，因现场空间及安装方式的限制均采用高亮LED，其工作电压为直流3.1～3.3V，电流18～20mA。LED的驱动方式都是直流驱动，而直流驱动又分为恒压和恒流两种方式。如何在输入市电的情况下，选择合适的驱动电路成为必须解决的问题。

3.1 恒压驱动：

根据LED的电压、电流变化特性，很多厂家生产的LED 灯类产品采用恒压驱动，无非是采用阻、容降压，然后加上一个稳压二极管稳压，或用开关电源方式，向LED 供电，但是这样驱动LED 的方式存在极大缺陷。

3.1.1 阻、容降压加二极管稳压方式：首先是降压电阻将消耗比较大的电能，导致此种方式工作效率不高。其次，在照明应用中，势必采用较多数量的高亮LED，这样一来将不得不使用较多数量的稳压二极管，一来，电路将变得较为复杂庞大；二来，一旦某个稳压二极管损坏（比如击穿），将直接导致该路所有LED无法工作，从而导致产品报废。

3.1.2 开关电源方式：首先，开关电源将消耗比较大的电能，并且散热量大，从而使得该方式效率不高，并影响产品寿命。其次开关电源元器件较多，一方面使得产品体积增大，限制了LED的应用，另一方面元器件过多也将使产品故障率有所上升。此外，开关电源的稳压能力无法满足LED的正常工作要求，比如在工业生产线中，因环境温度的变化，开关电源的输出电压将有小范围波动，而LED本质上仍是一个二极管，是一个非线性器件，当LED导通时，只要LED上的电压稍微变化，电流就会增加或减少很多。因此，也会大大影响LED器件的工作，使电流过大甚至导致发热损坏或者电流过小无法提供正常的照度。

3.2 恒流驱动：

采用恒流源驱动，LED上流过的电流将不受电压变化、环境温度变化，以及LED参数离散性的影响，从而能保持电流恒定，充分发挥LED的各种优良特性。实践已经证明，恒流源驱动是较为合适的LED驱动方式。

图1

目前广泛采用的恒流源有三种形式：一种是线性电源改进型恒流源，第二种是开关电源式恒流源，还有一种是目前市面上出现的芯片式恒流源。

图2

（1）线性改进型恒流源：这种电路一般由运放和三极管及其他必要元件组成，如图1所示。该电路能够较好地实现我们构建恒流源的要求。

图2是实际应用的以恒流驱动方式实现的高亮LED照明灯电路。

以此电路设计的产品，总功率为4W，调节电阻为R6，其电流计算方式为2.5V/R6，为保证高亮LED的工作寿命，在保证其正常照度的情况下，我们将其电流限制在18～20mA。经实际测试及现场试机验证，在90～140VAC输入情况下，工作稳定，电流变化范围在17～20mA，此外，在实际测试及应用中高亮LED几乎从未出现过LED个体出现断路无法导通的情况，在现场运行1年以上无故障出现很好的说明了这种情况。

4.存在的问题：

目前市场上的高亮LED个体之间的伏安特性的差异，从而使得在几路LED并联的情况下，可能存在电流分配不均匀的现象。因此，希望每路恒流源只带一路负载，这样一来，单路恒流电路的带载能力将非常有限，要想构建一个包含几十只高亮LED的照明电路，恒流源部分的器件将占用大量的空间，这在实际的产品开发中将造成不小的障碍，尤其是在客户要求限制产品外形和尺寸的情况下。

4.1 开关电源式恒流源：这种驱动方式类似于开关电源式恒压源，在实际应用中虽然可满足性能指标要求，但电路过于复杂，元器件过多及占用空间过大。在一般的民用市场，工作环境温度不高，安装尺寸比较宽松的情况下，可以考虑使用。

4.2 芯片式恒流源：目前随着高亮LED的普及应用市场上出现了多种型号的恒流源驱动芯片，使产品的集成度大大提高。但大多数的芯片带载能力有限，并且需要额外提供直流电源，这在产品开发时会成为一种障碍。

5 .结语

设计合理的灯具结构(包括LED单体的排列和位置布局)和研究低成本、高可靠性的驱动电路，是保证LED具有持久亮度的关键。现阶段，由于LED芯片设计、制造技术和材料及驱动方式等诸多因素的限制，完全取代传统的白炽灯还要有一个过程。随着高亮LED技术的发展，高亮LED的功率会进一步提高，成本也会降低，LED照明代替传统的照明方式已是大势所趋，LED照明正在逐步影响着人们的生产生活，LED技术的应用必将在更深更广的范围内全面展开。

[1] 周志敏，周纪海，纪爱华. LED驱动电路设计与应用. 人民邮电出版社,2006～12

[2] 诸昌钤.LED显示屏系统原理机工程技术.电子科技大学出版社,2000-12-1

[3] 国家半导体照明工程研发及产业联盟.半导体照明.辽宁科学技术出版社, 2006～03

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.06.049