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LED驱动电源技术关键技术

文章出处:芯小编 人气:发表时间:2019-01-05 09:30

LED 灯作为一种新型节能和无污染光源,由于其特有的发光照明特性,在现代照明应用中发挥着革命性的作用。作为LED 照明产业链中最为核心的部件之一,LED 驱动电源的驱动控制技术所存在的可靠性低、成本高等典型问题一直制约着LED 照明的发展。对于多路LED 驱动电源技术的开发与可靠性研究是当前业界的一个重要课题。

  1、LED 驱动现状分析

  国内外通用LED 照明的一个显著特点是,光源通常由数量较大的多颗LED 芯片构成,LED自身的特性决定了LED适合恒流驱动,这一点已得到国内外专家学者的共识。LED驱动方式主要是单路恒压输出(光源内置恒流源)、单路恒流输出、单路恒压源配置多路DC/ DC 恒流输出等方案。

  1.1 单输出恒流驱动

  将LED光源作为单组负载由单输出电源进行驱动是最简单的LED驱动控制方式。构成LED 光源的多颗LED 有多种连接方式。下图1所示的是所有的LED负载串联的连接方式,单输出电源为恒流源特性驱动LED 灯。由于光源串联,因此不存在均流问题,但当LED串联数量较大时,光源电压将增高,过高的光源电压要求灯具整体符合安全标准的绝缘成本增高,灯具散热器和绝缘要求越高,热阻也越大,散热效果变差对LED 灯寿命会产生影响。

 

  作为改进,如下图2所示的LED灯为网格状排列结构,这种结构可避免光源的电压过高,当并联LED数量较大时,单颗灯开路,对整个LED灯的影响较小,但这种单颗LED直接并联的方式,LED的电流均衡性差,造成LED光源可靠性降低;同时其中一个LED 短路,与之并联的LED 都将熄灭。

 

  如下图3 所示的结构,LED串联后再相互并联,在没有LED失效的情况下,该结构均流特性好于图2所示的网格状结构,但如果部分LED发生短路故障时,会造成多串LED 间严重的电流不均衡。

 

  以上分析可见,单输出恒流驱动,应用中有一定的局限性,尤其是LED 光源并联的联接方式对光源的使用寿命和可靠性将产生较大影响。

1.2 多输出恒流驱动

  如下图4 所示的电路结构,每组LED 负载由独立恒流源特性的驱动控制方式是一种较理想的方案,这一方面解决了多路输出间的电流不均衡问题,另一方面也克服了前述单输出恒流驱动的缺点,但该方案的驱动效率相对较低。

 

  目前较普遍采用的LED 多路驱动方案如下图5所示,在单输出恒压源的输出端口,配置若干级非隔离DC/ DC 变换器,每路LED负载由单独的DC/DC变换器实现恒流驱动控制。该方案存在的缺点是,DC/ DC 变换器电路较为复杂,成本相对偏高,可靠性偏低;每增加一级DC/ DC 变换器,驱动效率相应降低,且易伴生电磁干扰(EMI);不同类型光源的每路LED 负载的电压、电流及功率存在差异,通用DC/ DC 变换器的设计很难标准化,给产业化带来很大不便。

 

  2、新型多路LED 驱动电源关键技术研究

  研究认为,LED 在利用电容实现多路恒流驱动的情况下,同时参与电路谐振,改变变换器特性,更容易实现LED 整体的稳定性和可靠性,同时在成本上可以得到大幅度的降低。提出三种新技术方案:

  2.1 两级变换实现LED 多路驱动

  如下图6 所示主电路采用了两级变换实现对LED的多路驱动,电路包含高频脉冲交流源、阻抗网络Z1 和高频变压器T0、高频谐振电容Cb1、双路整流滤波电路和LED 负载。阻抗网络Z1 的输入为高频脉冲交流源,输出接高频变压器T0原边,变压器副边的一端串联谐振电容Cb1,另一端并联两路整流滤波电路;二极管D1、D4 和二极管D2、D3 分别组成的两个独立的半波整流电路,以及滤波电容Co1、Co2 相应组成两路整流滤波电路;滤波电容Co1 和Co2 分别并联在两路LED 负载两端,两路独立的半波整流电路分别给两路LED 负载提供电源。谐振电容Cb1 一方面与阻抗网络Z1 组成了高频谐振网络,参与主电路谐振,另一方面,当两路LED 负载出现压降不平衡时,还可通过Cb1 来平衡两路LED 的压差,使两路LED 负载工作电流平均值相等。

 

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