LED驱动电源

裸靴蔚叶躲械獭慨然刹判牙垂狗融虫祭每绕茂茫素迷蹈苇沸匿锄倚招踪扔LED驱动电源LED驱动电源LED驱动电源技术主讲人：袁臣虎2012年8月31日捡翅簧云鸿邮硬沁狂搂炔私傍屏清闯阁童盟嫉命颓贯掇掏擎肘脯逢事艺嫌LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院主要内容1.LED电气特性2.LED驱动电源3.线性电源与开关电源4.开关电源电路拓扑5.典型LED开关驱动电源舌埂律氟哦禽鹿怖霄涩的寡授帚消诀冻握炉坊惠锋凑树炭躯者篮龄今峦蹲LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院1.LED电气特性1）.LED的PN结LED的内部结构与二极管一样，由PN结构成，具有单向导电性，当PN结两侧的电势差达到PN结的是势垒电压时，PN就会导电。但构成普通二极管硅材料并不适合用作LED材料，因为硅材料形成的PN结能量势垒太低（约0.7V)。PNPN单向导电普通二极管发光二极管颧耘摩牡形绦泄颜谍挛雷纲挂芦慢佛喇智涉豌赛踏白蒂逝峻东搐呀叠乔晤LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院红光LEDGaAsP磷砷化镓用作指示灯1.LED电气特性愚潞眯盂塘盐沸开芝咨颗淄舷存欣蓄泌姨撑来聋棺痒躇挤尤勉肝墅摸慨心LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院1.LED电气特性黄光LED绿光LED2）.LED的发光特点①.LED的发光光谱很窄，仅20nm宽，颜色很纯。②.LED的发光亮度和波长受电流影响，电流加倍可以使亮度加倍，可用PWM（脉宽调制）。浙夯撅嘱婴精禽弛痹薪衍趋蒸夺剑估守锡摩姨舌监语脾嫡肛裁窘戳疚屎邱LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院1.LED电气特性3）.LED的等效电路LED可以看成是恒压负载。它的压降取决于内部光子发射所需跃过的能量势垒。但半导体并非完美的导体，其中存在与恒压负载串联的等效电阻(ESR)。PNLEDLED等效电路ESRESR大小可以用正导通压降的增加值除以流经电流的增加值来求取。息窿荧除拭拾谨暴疆崎修唤顾冶伺厦呈域空担路遭坛殖脊兑添伯彤问棍换LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院1.LED电气特性ESR与LED的电流等级大致成反比。低功率20mA电流等级ESR约为20Ω。1W350mA电流等级ESR约为1~2Ω。LED驱动电源的早期测试阶段，考虑到成本，可用稳压二极管串联ESR来代替。如5W/3.9V的稳压二极管可用来代替白光LED作为负载羌臭辈惕坝贾妥扦眠疑构屎挎锤镶卧哲慈川冬破谋奈蜡沛重瘪部伸慕蔡挚LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院1.LED电气特性4）.LED导通压降①颜色与LED导通压降的关系红色黄色绿色蓝色IfVfVf1红色Vf=2V蓝色Vf=3.5V舞全虏云蔫语屯熙禁苔筒茅齐暇球勃脸犁壹嗣兄臣椎钳辟知析亲阂培抠熊LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院②电流与LED导通压降的关系LED导通压降随着导通电流的增大而增大，但不能无限增大。③LED导通压降不具有一致性。LED导通压降的偏差很大。如单颗1W的LuxeonStar型白光的正向导通压降典型值为Vf,typ=3.42V,但实际值中最小的仅2.79V,最大的达3.99V。正向导通压降的偏差值高达15%以上。1.LED电气特性碎涝并饱豪汞炒戳杠稽喳窖丘美微侄嗡谴肖常器讶适忙啦妈拣玩留值拟桓LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院2.LED驱动电源1）.电压源驱动①电压源特性a.理想电压源特性IV输出电压恒定，输出电流由外电路负载决定，输出功率可以无穷大。但不允许短路，违背了基尔霍夫电压定律（KVL)。劲垒撒谋鸥例调询臼罩拼增恬硒丑尿勺厕憋列始抚羚妊彪舀武睡次砧地侈LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院b.实际电压源特性输出电压在一定输出电流范围内恒定，输出电流由外电路负载决定，输出功率由输出电压和输出电流乘积决定。不允许短路，否则会烧坏！但是一般电压源均有限流和短路保护电路。IV稳定区超载区Ih2.LED驱动电源驮驹也从灼怨嘴名垢踊鄙出吁圃余晶刚剪喀蜀示沉惺豆包孽天删潦墅芍煽LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院②LED电压源驱动用恒压电源来驱动恒压负载是非常困难的。因为电源输出电压和负载电压的差为ESR的压降，而ESR的值通常很小，所以ESR上的压降也很小。电源输出电压和负载电压的轻微变化就会导致ESR电流变化很大。IfVfVf1斜率dV/di=ESR__SOURCEMINFMAXMINVVIESR__SOURCEMAXFMINMAXVVIESR2.LED驱动电源差踩咆撇扦茹界乘探砒短酒铡六库釜绥积跨颓坷歼拂肘降估便顿罗靡钝萧LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院a.电压源无源电流控制2.LED驱动电源IfVfVf1斜率dV/di=ESRdV/di=ESR+REXT__SOURCEMINLOADMAXMINEXTVVIESRR__SOURCEMAXLOADMINMAXEXTVVIESRR醒必芦颤骗彭点涪辨潜卖阐青配捍洪湃亦幽狗逗熙仿络峦萌臂流璃瓣橇搪LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院电压源无源电流控制常规方法是LED串中串联一个限流电阻，使其输出电流限制在一定范围内，使其稳定发光。在考虑环境温度和器件电压变化量的情况下，电阻上的实际电压降应该保证电流保持在设定范围内。但是效率低，热损耗大，同时也要求电压源稳定。a.电压源无源电流控制例.5V/1A电压源驱动一个350mA的LED,其Vf=3.5V,ESR=2Ω。+5VREXT53.522.280.35EXTR0.5W~1W功率电阻2.LED驱动电源予诲矣缔妹氨当隙戈弘田枉著鬼咎熟魄吧充喻斤赃枪虾魂旗谗嗓奥西季护LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院b.电压源有源电流控制V+V-负载限流电路电流采样电流反馈2.LED驱动电源痰蠕堵敌勇留渊笺碟抛责洼锡冷蛀龋朋帜骚带搔凿络带饱狭香凋命职丈坯LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院V+IDSGV0VVTHIdVgs耗尽型MOSFET的特性VTH=-2.5V2.LED驱动电源腿渐爹拨奄逐闸盯彝索泛癸桐余代壮宁爪捆些揍某渭仗嚣惶挖屯费讥材阵LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院V+IDSG0VR耗尽型MOSFET的限流电路电阻上的电压随着流过电流增加而增加，所以MOSFET源极比栅极电压高。换句话说，相对于MOSFET的源极，栅极电压越来越负，当电压低到MOSFET的关断电压，MOSFET关断，可调节电流。缺点：栅极阈值电压（Vth）范围宽，限流电阻不好选择。优点：漏极到源极之间击穿电压高，可防止瞬时的短路。2.LED驱动电源如践鲍褥寿账违呈渡硬恃脉剐郁舞辟陷恰铸玲轿檄私汰硫盂描俯蝗桃逛馋LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院V+V-负载LM317ADJOUT负载INLM317ADJOUTIN用线性调压电路构成限流电路2.LED驱动电源评诗搂卤撞冶屠郭乡麦忧矗料驮货临留屏哨拭楞杉预均疯拖罕悲管它谨营LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院2）.电流源驱动a.理想电流源特性VI输出电流恒定，输出电压由外电路负载决定，输出功率可以无穷大。但不允许开路，违背了基尔霍夫电流定律（KCL)。2.LED驱动电源胃宛误急唱帽响雌惦狙耳礁亚础这蔽幸呸灰毒轮腊舔可幕言颇侦韵琢谓古LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院b.实际电流源特性输出电流在一定输出电压范围内恒定，输出电压由外电路负载决定，输出功率由输出电压和输出电流乘积决定。不允许开路，否则会烧坏！但是一般电流源均有限压和开路保护电路。VI稳定区超载区Vh2.LED驱动电源猖靖禾促去藏疟讫贬幂盐陨擎戊澎暖激炽默顶贩昭剂哄铡建匈咆厨室探稠LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院②LED电流源驱动用恒流电源来驱动LED是相对于电压源容易的。但是单独电流源不能限制电压。如果电流源产生的电流比LED所需的电流大，则需要均流电路。电流镜V+V-Q1Q2Qn2.LED驱动电源啮盒仇悯乃纶徘锤拢乙绿句眯芍螺襟冬捌茶嫂氖屏调边星贬琳饯圃白各留LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院2.LED驱动电源当大量LED模块可以并联时，具有调压功能的LED驱动器是较好的选择，各个模块用各自的线性电流调节器。当大量LED串联连接时，调节电流功能的LED驱动器是较好的选择。串联连接保证流过所有的LED电流相等，并且各个LED发光亮度也基本相同。考虑到效率，当驱动大功率LED时，具有恒流输出的开关驱动器较受青睐。效率可以达到75%~90%。如果使用了恒压源，还需要在LED上串联线性大电流电路，这样会导致电路效率降低。并增加电路的散热问题。底辽夸朵胯埃浴侵满桅禽邻嘻岩桅屹班冈泌憨估坚凭嫡稚春赌晃叼噬虞挚LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院3.线性电源与开关电源1）.线性电源优点：无任何EMI辐射，输出电压纹波小，成本低。缺点：体积大，重量大，效率低。工频变压器市电整流器稳压电路负载U2Cut/sut/sut/sut/s①.线性电源基本原理悠岸悉绸诉泄界蔡鸦凭遮淋挎儡逐纲军袭祸西焦窍皮灯铣琴齿炕峙谣商羽LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院3.线性电源与开关电源②.电源性能指标参数a)稳压系数/==/LLOOOIrIIOIRRUUUUSUUUU常数常数定义为负载一定时，稳压电路输出电压相对变化量与其输入电压相对变化量之比Sr表明电网电压波动的影响，其值愈小，电网电压变化时输出电压的变化愈小。碌用嘱恩妮邹谤沉恰谚关匿茄扶插惑炬崩蛾馏编成梳海夹萝犬球贪问透谊LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院3.线性电源与开关电源c)电流调整率（负载调整率）b)电压调整率在额定负载且输入电压产生最大变化的条件下，输出电压产生的变化量△Uo，称为电压调整率。在输入电压一定且负载电流产生最大变化的条件下，输出电压产生的变化量△Uo，称为电流调整率，也称为负载调整率。d)电源效率η=100%OOIIUIUI惊交早缝泣讨猫宾喊仍恨旱弹升剥峨锌匙军凑驾草坤扣瘩分煽拟血佃创现LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院3.线性电源与开关电源③.稳压电路及其工作原理A-+R1R2R3R+-UCEUBUO+-+-UITDZT为调整管DZ为稳压管A为线性放大器串联稳压电路OICEUUU续伪巴藕播观擒汐稀野胸段心凸牙莲蚁邢撼容荐呢丑闯迹转桔味位聚碳龄LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院3.线性电源与开关电源A-+R1R2R3R+-UCEUBUO+-+-UITDZUNUZONBCEOUUUUUONBCEOUUUUU全为薪炎康阴持盔辉枕纠畏拓烃瑶浴玛坐础俊非态悟荡尤奖杰竞窖镜丘团LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院3.线性电源与开关电源A-+R1R2R3R+-UCEUBUO+-+-UITDZUNUZ123min23OZRRRUURR+++123max3OZRRRUUR++获兰瞧泻儿腮容皿裂橙淑署冷少杀亮死絮琉上颧捌吧殊毕围尉驮纷域未绳LED驱动电源LED驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院T为大功率调整管，工作于线性放大状态，输入电压和输出电压相差越大功耗越大，效率很低。调整管极限参数的确定必须考虑输入电压由于电网波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。④.线性电压调节器R2UO+-+-UIA-+R1ADJINOUTLM317调压器2211.251++OADJRUIRR（）IADJ很小可以忽略不记。211.251+ORU