LED串并方式及恒压源、恒流源的选择分析_通信电子-电子设计.pdf
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1、-.-.-可修编-LED串并方式及恒压源、恒流源的选择分析 第一局部:根底分析篇 考虑选用什么样的 LED驱动器,以及 LED作为负载采用的串并联方式,合理的配合设计,才能保证 LED正常工作。例如,驱动 28 盏 LED时,可以设想的连接方法有六种。一种是先串联 14 个LED LED串 然后并联两条这样串联而成的 LED串 14 串联 2 并联。除此之外,还有 7 串联 4 并联、4 串联 7 并联、2 串联 14 并联、28 串联 1 并联、1 串联 28并联等连接方式。终究哪种连接方法最正确呢?【附:通常情况下,很多的朋友拿到 LED电源,不知道怎么样区分恒压源和恒流源。拿到一个 LE
2、D电源,查看铭牌,找到输出电压这个关键参数:如果它的电压标称是一个恒定值,那么是恒压源。如果是一个围值,那么是恒流源。例如:有一个电源它的输出电压是 12V,我们那么确定这个是恒压源,如果它标称的是30-70V呢,那么这个电源一定是够恒流源。】1、LED采用全部串联方式 要求 LED驱动器输出较高的电压如图 1。当 LED的一致性差异较大时,分配在不同的 LED两端电压不同,通过每颗 LED的电流一样,LED的亮度一致。-.-.-可修编-图 1 图 2 当某一颗 LED品质不良短路时,如果采用稳压式驱动如常用的阻容降压方式,由于驱动器输出电压不变,那么分配在剩余的 LED两端电压将升高,驱动器
3、输出电流将增大,导致容易损坏余下的所有 LED。如采用恒流式 LED驱动,当某一颗 LED品质不良短路时,由于驱动器输出电流保持不变,不影响余下所有 LED正常工作。当某一颗 LED品质不良断开后,串联在一起的 LED将全部不亮。解决的方法是在每个 LED两端并联一个稳压管,当然稳压管的导通电压需要比 LED的导通电压高,否那么 LED就不亮了。2、LED采用全部并联方式 要求 LED驱动器输出较大的电流,负载电压较低如图3。分配在所有 LED两端电压一样,当 LED的一致性差异较大时,而通过每颗 LED的电流不一致,LED的亮度也不同。可挑选一致性较好的 LED,适合用于电源电压较低的产品如
4、太阳能或电池供电。式合理的配合设计才能保证正常工作例如驱动盏时可以设想的连接方法有六种一种是先串联个串然后并联两条这样串联而成的串串联并联除此之外还有串联并联串联并联串联并联串联并联串联并联等连接方式终究哪种连接方法最正个关键参数如果它的电压标称是一个恒值那么是恒压源如果是一个围值那么是恒流源例如有一个电源它的输出电压是我们那么确这个是恒压源如果它标称的是呢那么这个电源一是够恒流源采用全部串联方式要求驱动器输出较高的电质不良短路时如果采用稳压式驱动如常用的阻容降压方式由于驱动器输出电压不变那么分配在剩余的两端电压将升高驱动器输出电流将增大导致容易损坏余下的所有如采用恒流式驱动当某一颗品质不良短
5、路时由于驱动器输出电流保-.-.-可修编-图 3 当某一个颗 LED品质不良断开时,如果采用稳压式 LED驱动例如稳压式开关电源,驱动器输出电流将减小,而不影响余下所有 LED正常工作。如果是采用恒流式 LED驱动,由于驱动器输出电流保持不变,分配在余下 LED电流将增大,导致容易损坏所有 LED。解决方法是尽量多并联 LED,当断开某一颗 LED 时,分配在余下 LED电流不大,不至于影响余下 LED正常工作。所以功率型 LED做并联负载时,不宜选用恒流式驱动器。当某一颗 LED品质不良短路时,那么所有的 LED将不亮,但如果并联 LED数量较多,通过短路的 LED电流较大,足以将短路的 L
6、ED烧成断路。3、LED采用混联方式 在使用比拟多 LED的产品中,如果将所有 LED串联,将需要 LED驱动器输出较高的电压。如果将所有 LED并联,那么需要 LED驱动器输出较大的电流。将所有 LED串联或并联,不但限制着 LED的使用量,而且并联 LED负载电流较大,驱动器的本钱也会大增。解决方法是采用混联方式。式合理的配合设计才能保证正常工作例如驱动盏时可以设想的连接方法有六种一种是先串联个串然后并联两条这样串联而成的串串联并联除此之外还有串联并联串联并联串联并联串联并联串联并联等连接方式终究哪种连接方法最正个关键参数如果它的电压标称是一个恒值那么是恒压源如果是一个围值那么是恒流源例如
7、有一个电源它的输出电压是我们那么确这个是恒压源如果它标称的是呢那么这个电源一是够恒流源采用全部串联方式要求驱动器输出较高的电质不良短路时如果采用稳压式驱动如常用的阻容降压方式由于驱动器输出电压不变那么分配在剩余的两端电压将升高驱动器输出电流将增大导致容易损坏余下的所有如采用恒流式驱动当某一颗品质不良短路时由于驱动器输出电流保-.-.-可修编-图 4 如图 4 所示,串并联的 LED数量平均分配,分配在一串 LED上的电压一样,通过同一串每颗 LED上的电流也根本一样,LED亮度一致。同时通过每串 LED的电流也相近。当某一串联 LED上有一颗品质不良短路时,不管采用稳压式驱动还是恒流式驱动,这
8、串 LED相当于少了一颗 LED,通过这串 LED的电流将大增,很容易就会损坏这串 LED。大电流通过损坏的这串 LED后,由于通过的电流较大,多表现为断路。断开一串 LED后,如果采用稳压式驱动,驱动器输出电流将减小,而不影响余下所有 LED正常工作。如果是采用恒流式 LED驱动,由于驱动器输出电流保持不变,分配在余下 LED电流将增大,导致容易损坏所有 LED。解决方法是尽量多并联 LED,当断开某一颗 LED时,分配在余下 LED电流不大,不至于影响余下LED正常工作。第二局部:拓展提高篇 现在有关这个问题有很多各种不同似是而非的说法,有人说:在 LED的伏安式合理的配合设计才能保证正常
9、工作例如驱动盏时可以设想的连接方法有六种一种是先串联个串然后并联两条这样串联而成的串串联并联除此之外还有串联并联串联并联串联并联串联并联串联并联等连接方式终究哪种连接方法最正个关键参数如果它的电压标称是一个恒值那么是恒压源如果是一个围值那么是恒流源例如有一个电源它的输出电压是我们那么确这个是恒压源如果它标称的是呢那么这个电源一是够恒流源采用全部串联方式要求驱动器输出较高的电质不良短路时如果采用稳压式驱动如常用的阻容降压方式由于驱动器输出电压不变那么分配在剩余的两端电压将升高驱动器输出电流将增大导致容易损坏余下的所有如采用恒流式驱动当某一颗品质不良短路时由于驱动器输出电流保-.-.-可修编-特性
10、上,电压定了,电流也就定了。所以采用恒压和恒流效果是一样的。有人说LED并联时就应该采用恒压电源供电,而 LED串联时就应该采用恒流电源供电;有人说,因为 LED是恒流器件,所以要用恒流源供电;有人说,采用市电供电时就应该采用恒压电源供电,采用蓄电池供电时,就应该采用恒流电源供电。至于为什么这样要求,似乎谁也说不明白。那么,到底是应该采用恒压电源,还是恒流电源供电呢?首先来看一下 LED到底是什么样的器件。因为LED的亮度是和它的正向电流成正比,而且一些 LED的构造决定了它的散热也就是功耗。所以大多数LED会给出额定电流,例如5 为 20mA,1W的为 350mA 等,但这并不等于 LED只
11、能工作于这些额定电流,更不意味着 LED就是一个恒流器件。例如 Cree的 1 瓦 LED和 3瓦 LED是同一型号,电流从 350mA 加大到 700mA,功率就从 1W 加大成 3W,所以这个 LED可以工作在 350-700mA之间的任意值。要深入了解这个问题首先要知道 LED的伏安特性。1.LED的伏安特性 LED 的中文名字就是发光二极管,所以它本身就是一个二极管。它的伏安特性和一般的二极管伏安特性非常相似。只不过通常曲线很陡。例如一个 20mA 的草帽 LED的伏安特性如图 5 所示。式合理的配合设计才能保证正常工作例如驱动盏时可以设想的连接方法有六种一种是先串联个串然后并联两条这
12、样串联而成的串串联并联除此之外还有串联并联串联并联串联并联串联并联串联并联等连接方式终究哪种连接方法最正个关键参数如果它的电压标称是一个恒值那么是恒压源如果是一个围值那么是恒流源例如有一个电源它的输出电压是我们那么确这个是恒压源如果它标称的是呢那么这个电源一是够恒流源采用全部串联方式要求驱动器输出较高的电质不良短路时如果采用稳压式驱动如常用的阻容降压方式由于驱动器输出电压不变那么分配在剩余的两端电压将升高驱动器输出电流将增大导致容易损坏余下的所有如采用恒流式驱动当某一颗品质不良短路时由于驱动器输出电流保-.-.-可修编-图 5 小功率 LED的伏安特性 假设用干电池或蓄电池供电,那么因为 LE
13、D伏安特性的非线性,很小的电压变化就会引起很大的电流变化,上图中电源电压在 3.3V 时正向电流为 20mA 的LED,如果用 3 节干电池供电,新的电池电压超过 1.5V,3 节就是 4.5V,LED的电流就会超过 100mA,很快就会烧坏。对于 1W 的大功率 LED也是如此,图 6 是某公司 1W 的 LED伏安特性,而一个 12V蓄电池的电压,在充满电到快放完电的电压可以从 14.5V降到 10.5V。相差将近 20%。从伏安特性上可以看出,电源电压的10%的变化3.4V-3.1V ,就会引起正向电流的 3.5 倍的变化从 350mA 变到100mA。图 6 1W大功率LED的伏安特性
14、 2.伏安特性的温度系数 到现在为止,还有很多人以为 LED电压定了,电流也就定了,所以采用恒压和恒流是一样的。实际上,LED的伏安特性并不是固定的,而是随温度而变化的,所以电压定了,电流并不一定,而是随温度变化的。这是因为是 LED是一个二极管,它的伏安特性具有负温度系数的特点。式合理的配合设计才能保证正常工作例如驱动盏时可以设想的连接方法有六种一种是先串联个串然后并联两条这样串联而成的串串联并联除此之外还有串联并联串联并联串联并联串联并联串联并联等连接方式终究哪种连接方法最正个关键参数如果它的电压标称是一个恒值那么是恒压源如果是一个围值那么是恒流源例如有一个电源它的输出电压是我们那么确这个
15、是恒压源如果它标称的是呢那么这个电源一是够恒流源采用全部串联方式要求驱动器输出较高的电质不良短路时如果采用稳压式驱动如常用的阻容降压方式由于驱动器输出电压不变那么分配在剩余的两端电压将升高驱动器输出电流将增大导致容易损坏余下的所有如采用恒流式驱动当某一颗品质不良短路时由于驱动器输出电流保-.-.-可修编-图 7 伏安特性的温度特性 温度系数通常是-2mV/度-1.5 2.5mV/C,也就是随着温度的升高,其伏安特性左移,假设所加的电压为恒定,那么显然电流会增加。而 LED本身的效率很低,温升很高,加电以后,假设散热不好,其温度很容易上升到八、九十度以上。假定采用 3.3V恒压源常温下工作在 2
16、0mA,而温度升高到 85 度时,电流就会增加到 35-37mA,而其亮度并不增加。电流增加只会使它的温升更高,这样就会增加光衰,降低寿命。而且如果不用恒流源而用恒压源供电时,常温下工作在 20mA时,到了-40 度时,电流就会降低至 8-10mA,亮度会降低。对于 1W 的大功率 LED芯片,情况也是一样,而且由于功率大,散热更不容易,温升问题更加严重。可以说,除了散热问题以外,采用恒压电源供电是引起光衰的主要原因。所以原那么上来说,LED是制止采用恒压电源供电的。式合理的配合设计才能保证正常工作例如驱动盏时可以设想的连接方法有六种一种是先串联个串然后并联两条这样串联而成的串串联并联除此之外
17、还有串联并联串联并联串联并联串联并联串联并联等连接方式终究哪种连接方法最正个关键参数如果它的电压标称是一个恒值那么是恒压源如果是一个围值那么是恒流源例如有一个电源它的输出电压是我们那么确这个是恒压源如果它标称的是呢那么这个电源一是够恒流源采用全部串联方式要求驱动器输出较高的电质不良短路时如果采用稳压式驱动如常用的阻容降压方式由于驱动器输出电压不变那么分配在剩余的两端电压将升高驱动器输出电流将增大导致容易损坏余下的所有如采用恒流式驱动当某一颗品质不良短路时由于驱动器输出电流保-.-.-可修编-3.用恒压电源以后能不能靠串联电阻来稳定电流?串联电阻只有限流的作用,也就是如果电源电压比 LED串联以
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