LED恒流源设计.docx

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1、LED 恒流源设计使用本方案沟通、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状况下有效，电压波动范围不能.使用本方案沟通、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状况下有效，电压波动范围不能超过 10%。假设电压波动超过10%应实行相应的稳压措施。比方 220Vac(200Vac240Vac)，沟通电源只需要整流，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,要承受稳压措施。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

2、LED 后， 回路电流急剧上升，引起 WMZD 温升，WMZD 阻值快速增大，可有效阻挡电流连续上升。经过反复试验后觉察，负载短路后，短路电流可由 130mA 快速下降到 60mA 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?LEDLightEmittingDiode，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、LED 有哪些优点?高效节能一千小时仅耗几度电一般 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

3、，不怕震惊，不易裂开，使用寿命可达五万小时一般白炽灯使用寿命仅有一千小时，一般节能灯使用寿命也只有八千小时光线安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氙等有害元素，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保护视力直流驱动，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

4、遥远山区及野外照明等缺电、少电场所。三、权威推测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 LED 将更加廉价，市场总体容量将快速增长。“许志鹏乐观地指出，据美国能源部推测，2023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 照明战略打算。美国能源部推测，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。日本打算到2023 年用这种半导体灯替代 50%的传统照明灯具。科学家测量觉察，在同样亮度下，

5、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。依据美国能源部DOE 的估量，传统照明器件的彻底更换代将在 2023 年开头启动，然而很多LED 供给商都期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“2023-3-162023 年 3 月9 日，在英国伦敦街头，成串的彩灯闪耀。刚刚完毕的欧盟首脑会议通过了一系列旨在提高能效的措施。9 日完毕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

6、放。在这之前，澳大利亚已领先通过停顿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 照明工程已根本实现产业化，目前已经有 20 条生产线投产，其产业化技术到达世界先进水平，规划2023 年年底生产线将到达50 条，形成绿色照明的规模化效应。估量我国 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打算用LED 取代传统的照明

7、灯，目前 Acriche60 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、澳大利亚与西兰将领先停顿使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， 澳大利亚将制止除医疗用以外的白炽灯的使用。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TheDominionPost报道，西兰能源部长 DavidParker 建议参照澳大利亚的做法，西兰也应在

8、将来两到三年内制止使用一般白炽光灯泡，用节能环保的荧光灯泡FlorescentEcoBulb取代。澳大利亚环境部长 MalcolmTurnbull 说，澳大利亚 2023 年将推行的民用照明标准，通过标准的实施，2023 年可削减温室气体排放 400 万吨。据悉，这种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，共同担当大家就能承受。2，楼道灯现在普遍是使用白炽灯，假设换用 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

9、，由于它的发光机理与白炽灯和节能灯都不同，就恰恰格外的适应在高速的开关工作状态，确定不会由于是这个缘由而损坏。4，LED 灯的寿命很长，就免除了楼道灯常常需要修理的为难状况。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，所以假设要换用 LED 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LED 声光控楼道灯，直接就使用 220V 的市电，格外便利使用。我们将猛烈建议楼道灯的使用电压用直流的 24V，其好处和缘由我们会另文介绍。随着技

10、术进展和本钱的降低，LED 灯取代节能灯也就成为必定的了。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肯定范围内变化，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 是较为抱负的，但相对而言价格较高。d、应留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

11、禁负载完全短路。c、以稳压驱动电路驱动 LED，每串需要加上适宜的电阻方可使每串 LED 显示亮度平均；d、亮度会受整流而来的电压变化影响。2、按电路构造方式分类（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，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，受电网电压变化的干扰较大，不简洁做成稳压电源，降压电阻要消耗很大局部的能量，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

12、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，波浪干扰大。（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。由于这种掌握方式的振荡频率是不连续，开关频率不简洁掌握，负载电压波浪系数也比较大，特别负载适应性差。（6） PWM 掌握方式开关电源：主要由四局部组成，输入整流滤波局部、输出整流滤波局部、PWM 稳压掌握局部、开关能量转换局部。PWM 开关稳压的根本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的状况下，掌握电路通过被掌握信号与基准信号的差值进展闭环反响，调整主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开

13、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，属高牢靠性电源。从以上介绍可以看出 PWM 掌握方式设计的 LED 电源是比较抱负的 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 掌握技术的开关电源，该类 LED 电源经用户使用反映效果很好。一、刚刚开头起步本钱高照明本钱不仅涉及灯具的初始本钱，还涉及灯具所消耗的能源本钱，灯具无法正常工作时更换灯具所需的劳动本钱，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 LED 光源是白炽灯光源价格的

14、 50 倍左右时，LED 交通信号灯的市场就开头启动，而当到达28 倍时， 就已形成兴产业。目前半导体照明主要以光色照明和特别照明为主，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、不全都性带来的问题：理论上 LED 都一样，都是能发光的二极管，而实际上全部 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

15、不全都的，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格外高，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一样的，或者相差很大，而且耐过电流力量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，使得整体的散热力量是不一样的，全部的厂家都在争论和开发材料，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，假设每个灯只用一个 LED，那是很好掌握的，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

16、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。这就是不全都性带的结果，也是制约其进展的因素之一。三、驱动电路简单本钱高、故障率高 a.在电压匹配方面，LED 不象一般的白炽灯泡，可以直接连接 220V 的沟通市电。LED 是 2-3.伏的低电压驱动，必需要设计简单的变换电路，不同用途的 LED 灯，要配备不同的电源适配器。b.

17、在电流供给方面，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，另加保护电路，这样就使LED 的电源供给器电路很简单，故障率增加。元件本钱、生产本钱、效劳本钱都将上升。而目前LED 本身的本钱就高，加上电源的本钱，这就大大地限制了市场的竞争力与购置群体

18、，LED 照明灯的优势大打折扣，这也是制约其进展与普及的又一关键问题。华巨公司解决方案 LED 发光二极管消灭在上个世纪七十年月，仅有红、黄、绿三色，经过几十年科学术的进展、努力，LED 白光管消灭了，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。

19、通俗举例，常温 25时，选择 LED 最正确工作电流 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，最正确工作电流将从 20mA 减小 8-10mA.,发光亮度也随电流的削减而降低，达不到场所所需的照度。为了避开上述不良现象，一般在 LED 的相关产品上，通常承受如下措施。1、将 LED 装在散热板上， 或风机风冷降温。2、LED 承受恒流源的供电方式，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

20、措施。但当 LED 灯进入寻常百姓家就遇到如下问题了：散热板，风冷能否集约在一个一般灯头的空间；承受集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命和牢靠性不取决 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，承受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 随温度上升电流增加时，热敏电阻也随温度上升，电阻变大，阻挡了回路电流上升，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，阻挡了回路电流的削减。

21、如匹配得当，当环境温度在-4085范围内变化时，LED 的最正确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比照图从图一可以看到，承受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 LED20mA串联组成一个标准单元，它的恒流

22、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 LEDVF 下降 2mV510mV；5A20 的压降上升 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 阻值快速增大，有效阻挡电流连续上升，反复试验，负载短路后，短路电流由 130mA 快速下降到 60mA 的稳定值， 如在电源

23、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， 及工作电压，如用 12 个标准单元相串联的电路，可支持 60 个 LED 灯，工作电压可接近 220V。WMZD-A30 应用方法与 WMZD-A20 的应用方法一样，只是 WMZD-A30 能够驱动电流更大的 30mA 的 LED。二、WMZD-B100 在 100mA 恒流源中、WMZD-B300 在 300mA 恒流源中、WMZD-B350 在 350mA 恒流源中的应用原理由一只 WMZD-B100 与五只并联的 LED(20mA)串联组成一个标准单元，它的恒流电流 100mA,工作电压U

24、=VRVF0.65V+3.4V=4.05V，0.65V 是 WMZD-B100 电阻 25时的压降，3.4V 是 LED 的正向导通电压或 2.8V-4.2V，当环境温度每升 1，LEDVF 下降 2mV，5B100 压降上升 2mV，保持了串联回路内的总电流不变，它的恒流特性見图二,电流。它有不怕负载短路的特点，反复试验，当短接 5 个 LED 后，短路电流由 600mA 快速下降到 280mA 稳定值。要增加 LED 的只数,可用多个 5B100 标准单元的并联组合,要提高工作电压,可用多个 5B100 标准单元的串联组合.如由 3 个 5B100 标准单元串联，可支持 15 个LED，工

25、作电压 U34.05V12.15V。WMZD-B300 与 WMZ-B350 与 WMZD-B300 与 15 只 20mA 的LED 并联或者并联 10 只的30mA 的 LED。C300 的工作电压 U=VRVF0.50V+VF，,B350 的工作电压U=VRVF0.50V+VF， VF 为 LED 的正向导通电压或 2.8V-4.2V 图 2WMZDLED 恒流源补偿热敏电阻为了满足要求可以串联使用，或者并联使用。如以下图所示。WMZD 的电流过补偿保护特性热敏电阻 WMZD 还具有电流过补偿特性，即热敏电阻的正温变化率大于发光管的负温效应成为过补偿， 图 3 所示是一条随温度上升而削减

26、的下陡曲线。这一点与 LED 的另一典型特性是全都的，即允许电流在40后随温度上升相应削减，使LED 的功耗掌握在额定范围内，确保LED 的最长寿命。WMZD 电流过补偿保护特性，正好可以满足 LED 对电流的要求，这也是一般的 LED 恒流源不具备的。过补偿保护应用在以下几处更显优势：1.全年或每天环境温差大，如室外照明的街灯、广告灯、车灯；2.低电压大电流 LED 灯WMZD-B100 具有低内阻、小压降；3.价高的大功率 LED 单个保护。WMZD 过补偿保护特性的典型应用电路接法见图 4，与标准单元串联一个一样型号的 WMZD 热敏电阻，即可发挥过补偿作用，假设增加 2 个或 3 个 WMZD 热敏电阻会加深补偿作用，但假照实偿太深，常温下LED 电流地低，会影响发光效率。我们可以通过试验，选出保护功能与发光效率兼顾的最正确方案。以下图为， 承受 2R 和 3R 的电流温度比照图。