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单位代码01学号090119049分类号TP22密级文献综述LED驱动技术概述院（系）名称信息工程学院专业名称测控技术与仪器学生姓名杨卡飞指导教师李文方2011年3月15日黄河科技学院毕业论文（文献综述）第I页LED驱动技术概述摘要在当今全球能源紧缺的环境下，节约能源已成为大势所趋。同时，国家也大力倡导节能减排，已结束的2008年北京奥运会和2010年上海世博会都不约而同地以绿色节能为主题，这就给中国LED照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。大功率LED具有光效高、低功耗、寿命长、稳定性高、光色纯、安全性好、可控性强等优点，正逐步取代以往的光源，开始广泛运用于全彩显示屏、交通信号灯、汽车车灯、背景光源、景观照明、特种工作照明等，成为照明领域的新一代绿色光源。本文主要介绍LED及其发光原理，并介绍了高效率LED驱动方式及使用注意事项。关键词：大功率LED，驱动电路，高效率页眉内容具体是毕业设计（文献综述）还是毕业论文（文献综述）依据题目类型自行修改黄河科技学院毕业论文（文献综述）第1页引言全球能源紧张，提高电器的效率是行之有效的方法。照明用电占据全球21%的总用电量，如果能提高照明用电的效率，可以有效缓解能源紧张。如何提高照明系统的能源利用率，延长照明系统的寿命，并且是绿色无污染的？取代白炽灯，荧光灯，节能灯的第四代照明灯具是什么？业界给出的答案就是LED灯照明。LED照明每W流明数可达到120lm。远高于白炽灯和日光灯，此外LED灯珠寿命可长达十万小时，并且绿色无污染。LED照明具备的这些优点决定了其应用前景是非常广阔的。LED照明应用上的限制在于LED有固定的正向压降，电流也有上限（工作电流是影响LED寿命的主要因素）[1-3]。大功率白光LED上的正向压降一般为3-4V，不能直接使用市电驱动。因此一个和LED灯珠匹配的高效，环保，长寿命的电源是必须的，这正是这次选题的意义与目的所在。路灯是城市照明的重要组成部分，传统的路灯常采用高压钠灯，高压钠灯360度发光，光损失大的缺点造成了能源的巨大浪费。道路照明与人们生产生活密切相关，随着我国城市化进程的加快，LED路灯以定向发光、功率消耗低、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高、使用寿命长、绿色环保等优势逐渐走入人们的视野、成为目前世界上最具有替代传统光源优势的新一代节能光源，因此，LED路灯将成为道路照明节能改造的最佳选择[4]。LED路灯与常规高压钠灯路灯不同的是，大功率LED路灯的光源采用低压直流供电，蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等独特优点，可广泛应用于城市道路照明。外罩可用PC管制作，耐高温达135度，耐低温达-45度。大功率LED正逐步取代以往的光源，开始广泛运用于全彩显示屏、交通信号灯、汽车车灯、背景光源、景观照明、特种工作照明等，成为照明领域的新一代绿色光源。因此，开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED路灯对城市照明节能具有十分重要的意义[5]。1LED主要性能指标1、LED的颜色：目前LED的颜色主要有红色,绿色,蓝色,青色,黄色,白色,暖白,琥珀黄河科技学院毕业论文（文献综述）第2页色等其它的颜色；2、LED的电流：一般小功率的LED的正向极限电流多在20mA。但大功率LED的功率至少在1W以上，目前比较常见的有1W、3W、5W、8W和10W。1WLED的额定功率为350mA,3WLED的750mA。3、LED的正向电压：LED的正极接电源正极,负极接电源负极。一般1W的大功率LED的正向电压为3.5V~3.8V。4、LED的反向电压：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏LED发光强度：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，单位为坎德拉（cd）。5、LED光通量：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量。单位为流明(lm)。如1W大功率LED的光通量一般为60~80LM。6、LED光照度：1流明的光通量均匀分布在1平方米表面上所产生的光照度.，单位为勒克斯(lx)。7、LED显色性：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度。8、LED的使用寿命：LED一般可以使用50,000小时以上。9、LED发光角度：二极管发光角度也就是其光线散射角度，主要靠二极管生产时加散射剂来控制。2大功率LED的驱动方式LED驱动简单的来讲就是给LED提供正常工作条件(包括电压,电流等条件)的一种电路,也是LED能工作必不可少的条件,好的驱动电路还能随时保护LED，避免LED被损坏[6]。LED驱动通常分为以下三种方式：1、镇流电阻驱动：就是简单的的在LED的回路中串接电阻,通过调节电阻的阻值,可以改变LED的驱动电流.。基本电路图如图1示：黄河科技学院毕业论文（文献综述）第3页-+RLEDUUL图1镇流电阻驱动基本电路图LED的工作电流为：RUUIL（1）所以I与镇流电阻R成反比；当电源电压U上升时，R能限制I的过量增长，使I不超出LED的允许范围。此电路的优点是简单，成本低；缺点是电流稳定度不高；电阻发热消耗功率，导致用电效率低，仅适用于小功率LED范围，所以不选这种方案[7]。2、恒压驱动：就是保持LED两端的电压不变，因为每一种颜色的LED的电压都不一样,所以很少用恒压的方式来驱动LED。3、恒流驱动：顾名思异就是保持LED的电流一直不变,让LED在恒定电流的条件下工作。由于大功率LED是低电压、大电流的驱动器件，当LED电压变化很少时，电流变化很大。LED发光的强度由流过LED的电流决定，电流过强会引起LED的衰减，电流过弱会影响LED的发光强度，因此LED的驱动需要提供恒流电源，以保证大功率LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。如果采用恒压方式驱动，LED正向电压的任何变化都会导致LED电流的变化。由温度或电压变化引起的特定压变，导致正向电流降低，正向电压变化11％会导致更大的正向电流变化，达30％。电流的变化较大，使LED的亮度不能恒定。所以一般都选择恒流驱动IC[8]。3恒流驱动方式电路LED驱动电路除了要满足安全要求外，还应具备两个基本功能：一是尽可能保持恒流特性，又使其在电源电压发生的变动时，仍应能保持输出的电流在的范围内变动；二是应保持较低的自身功耗，这样才能使LED的系统效率保持在较高水平。随着更新一代大功率LED所需的驱动电流的增加，要更多的考虑到LED本身和电流驱动电路的黄河科技学院毕业论文（文献综述）第4页散热管理和功耗等问题[9]。4PWM脉冲调制脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码[10]。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。脉冲中占空比示意图如图2示：图2脉冲中占空比示意图PWM驱动电路降压转换的例子[11]。图3PWM驱动电路降压转换示意图黄河科技学院毕业论文（文献综述）第5页上图3中当脉冲信号处于On的状态，也就是开关设计处于On的状态时，电流按照输入信号－开关－线圈－负载的顺序流动。当开关设计处于Off的状态时，电流按照二极管－线圈－负载的顺序流动。因此要控制线圈中的电流实际上等同于控制LED中的电流。在许多情况下，利用低频(50～200Hz)PWM方式调节LED电流非常方便，通过控制脉冲宽度来调节亮度。这种调节方法的优点在于光谱保持不变，而采用幅度调节时，光谱会随着流过LED电流的变化而改变。一般来说，低频PWM调光电路的效率比线性LED调光电路更高。在路灯照明设计中,一般需要在半夜某时将路灯照度减低一半,节能降耗。可以在电路中间增加定时器，到时间输出50%占空比即可功率减半。5大功率LED路灯散热需要注意的问题往往有很多人把主要的目光都放在了LED的流明数上，而对LED灯具的散热则的关注较少。实际上，LED的流明数正在迅速的增加。LED的单瓦流明数在快速地增长。与之对应的传热学理论体系已经成熟，我们可以使用的传热手段也基本明确：传导、对流、辐射和相变传热（例如热管）。因此，在传热或者说散热问题上，我们可以采取的措施是可见的、有限的。根据光通量（流明）与辐射通量（瓦）以下的当量关系：其中，Km=683lm/w，是光通量的比例尺，是辐通量的比例尺。也就是说1W的辐通量在最理想的情况下（黑体辐射）可能产生683lm光通量。所以，即使LED的光效达到200lm/w，也不能将全部能量转化为光能输出，而其余的都转化为热能。从长远看LED灯具的散热问题将是一个长期存在的问题[12]。目前LED路灯的散热方式主要有：自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低，热管和回路热管散热方式成本高。而路灯具有户外夜间使用、散热面位於侧上面以及体型受限制较小等有利於空气自然对流散热的优点，所以LED路灯建议尽可能选择自然对流散热方式。散热设计中可能存在的问题有：1、散热翅片面积随意设定。2、散热翅片布置方式不合理，灯具散热翅片的布置没有考虑到灯具的使用方式，影响到翅片效果的发挥。黄河科技学院毕业论文（文献综述）第6页3、强调热传导环节、忽视对流散热环节，尽管众多的厂家考虑了各种各样的措施：热管、回路热管、加导热硅脂等等，却没有认识到热量最终还是要依靠灯具的外表面积散走。4、忽视传热的均衡性，如果翅片的温度分布严重不均匀，将会导致其中一部分的翅片（温度较低的部分）没有发挥作用或作用很有限。现在LED路灯散热技术，一般使用多为导热板方式，是一片5mm厚的铜板，实际上算是均温板，把热源均温掉；也有加装散热片来散热，但是重量太大。重量在路灯系统上十分重要，因为路灯高有9米，若太重危险性就增加，尤其遇到大风、地震都可能产生意外。未来LED广泛进入路灯领域后，可能形成模组化散热会更好地解决LED路灯散热难的状况。黄河科技学院毕业论文（文献综述）第7页结论通过查阅LED方面的资料，我了解到，在LED照明电路设计中，驱动电路的设计是一项十分重要的工作。当驱动LED时，在电源系统设计方面有许多种选择，这取决于所需的LED数量与型号、照明要求、以及所需的系统特性。可用的方式包括升压、降压、或两者皆可。角度的选用也十分重要，正确的发光角度意味着可以使用正确数量的LED元件以达到经济实用的目的。由于LED侧向散光少，故LED光源阵列的分布要分散，与传统灯泡恰恰相反，分散的目的也更能符合视觉习惯。散热设计是LED灯具设计工作中至关重要的部份，散热是否良好决定了灯具的使用寿命是否能达到设定值。在LED驱动技术中，结决好这几个方面的问题，整个设计就基本成功了。黄河科技学院毕业论文（文献综述）第8页参考文献[1]周志敏等.LED照明技术与应用电路[M].北京：电子工业出版社，2009,05．[2]周志敏等.LED驱动电路设计与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007,07.[3]周润景.高效率开关电源设计[M].北京：中国电力出版社，2008,10.．[4]范蟠果.单片机实验与应用系统设计[M].北京：国防工业出版社，2007,10.[5]王艳平等.基于功率因数校正电路的LED照明电源设计[J].低压电器,2009,29(3):14-16．[6]SilvestroFimiani.充分发挥LED照明的能效优势[J].电子设计应用，2009,10(5):10-12．[7]张有亮.LED辅助补光照明灯及驱动模块[J].电子设计应用，2009,15(4):23-25．[8]魏惠风.大功率LED路灯驱动电源设计[J].电工技术，2009,33(10):40-43．[9]陈有卿.使用灯光控制电路