淺析白光LED照明特點(diǎn)與驅動(dòng)器類(lèi)型之間的聯(lián)系
一、半導體照明特點(diǎn)
電子元件二極管中半導體發(fā)光二極管是常用的一種類(lèi)型。發(fā)光二極管又稱(chēng)為光發(fā)射二極管(LightEmittingDiode,簡(jiǎn)寫(xiě)為LED),是一種可將電能變?yōu)楣饽艿囊环N器件,屬于固態(tài)光源。LED是半導體器件通過(guò)PN結實(shí)現電光轉換,它有如下的特點(diǎn):
(一)壽命長(cháng),響應快
一般來(lái)說(shuō),普通白熾燈的壽命約為1000h,熒光燈壽命約10000h,而LED的壽命可達2--10萬(wàn)h,可見(jiàn)壽命長(cháng)的多。LED發(fā)光的相應快,它的相應時(shí)間為納秒級,熒光燈為0.1ms,日光燈一般為毫秒級。
(二)體積小,結構牢固
LED是用環(huán)氧樹(shù)脂封裝固態(tài)光源,其結構既不像白熾燈有玻璃泡、燈絲等易損壞部件,也不象熒光燈有體積大的燈管和附件,它是一種全固態(tài)結構,因此能經(jīng)得起震動(dòng)、沖擊而不至損壞,而且體積也相對減小,重量也輕,成本低。綜上所述,LED是一種符合綠色照明要求的光源。
?。?STRONG>三)安全、節能、不引起環(huán)境污染
發(fā)光二極管的正向工作電壓低,為(1.5-3.0)V,工作電流小,為(5-150)MA,由此工作安全性好。LED在發(fā)光過(guò)程中,只有很少一部分的電能變?yōu)闊崮?,大部分都變?yōu)榱斯饽?,半導體燈采用發(fā)光二極管作為新光源,在與普通白熾燈保持同樣亮度下,其耗電量?jì)H為后者的十分之一,因此能耗小。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步,它將成為一種新型的照明光源。目前白光LED的光效已經(jīng)達到401m/W,優(yōu)于白熾燈,次于熒光燈(60lm/w~200lm/W)。此外,現在使用的白熾燈工作的過(guò)程中,發(fā)出過(guò)多的熱量,影響環(huán)境溫度;而廣泛使用的熒光燈、汞燈等光源中含有危害人體健康的汞。這樣在發(fā)光過(guò)程和廢棄的燈管都會(huì )對人體的人身健康和環(huán)境造成危害。而LED則沒(méi)有這些問(wèn)題,是一種無(wú)污染的光源。
二、控制電路主要功能和結構
控制電路要實(shí)現的主要功能是:第一通過(guò)控制,實(shí)現能量的傳遞,要求保證兩個(gè)晶體管的驅動(dòng)脈沖寬度要高等,使正、反向平均磁通相等,不產(chǎn)生偏磁;起動(dòng)時(shí),一定要限制脈寬,即必須要軟起動(dòng),使脈寬在啟動(dòng)最初若干個(gè)周期中慢慢上升;防止直通;第二輸入與輸出要隔離;第三輸出電壓穩定;第四電路的過(guò)流保護;
白色發(fā)光LED照明特點(diǎn)及其驅動(dòng)器類(lèi)型
控制電路結構框圖如圖1所示,PWM控制部分實(shí)現占空比大范圍可調,即輸出電壓大范圍可調,為了防止晶體管直通,占空比要小于45%.因此選擇TL494做為控制電路的主要元件。
三、驅動(dòng)方式
實(shí)際制作半導體燈時(shí),常常使用多只發(fā)光管,這就有個(gè)發(fā)光管的連接方式問(wèn)題。對于發(fā)光管來(lái)說(shuō),應該優(yōu)先選用串聯(lián)連接。
白色發(fā)光LED照明特點(diǎn)及其驅動(dòng)器類(lèi)型
發(fā)光管的管壓降呈現負的溫度系數,直接并聯(lián)。各并聯(lián)發(fā)光管管壓降不可能完全相同,這樣并聯(lián)管之間的電流就會(huì )略有差異,使用時(shí)管壓降略低的管電流略大,其溫升就會(huì )比其他相并聯(lián)的管高,溫升高的管管壓降會(huì )降低的比較多,這樣就導致其電流進(jìn)一步加大,電流大引起更大的溫升,使其管壓降進(jìn)一步降低,如此熱/電正反饋使電流逐漸向管壓降小的發(fā)光管偏移,最終導致其失效。因此,應該優(yōu)先串聯(lián)使用發(fā)光管。串聯(lián)使用只有一個(gè)問(wèn)題,即一只LED不亮導致此路其他發(fā)光管都不亮。但實(shí)際使用證明,在驅動(dòng)電流正常的情況下,即使發(fā)光管自身發(fā)生故障一般也保持通路狀態(tài),其他發(fā)光管照樣亮。如果驅動(dòng)器損壞大電流沖擊燒毀發(fā)光管,常常會(huì )使發(fā)光管內部引線(xiàn)燒斷開(kāi)路,但是,驅動(dòng)器都壞了就是發(fā)光管并聯(lián)整個(gè)燈也不亮了。所以還是應該優(yōu)先選用發(fā)光管串聯(lián)結構。如果使用的管數較多時(shí)全部串聯(lián)不可能,也只好連串帶并,但各串并聯(lián)管之間必須要有均流措施,最簡(jiǎn)單的均流措施就是在每一串并聯(lián)管中串聯(lián)一個(gè)電阻n牽制電流的偏移。電阻上的壓降太大,使功耗增加,壓降太小則均流效果不好,一般可以取串聯(lián)LED燈總壓降的5%左右。
四、LED驅動(dòng)器分類(lèi)
實(shí)際應用中驅動(dòng)器按照工作特點(diǎn)可以分為兩大類(lèi):直流供電的驅動(dòng)器和交流供電的驅動(dòng)器。
(一)直流驅動(dòng)器
直流驅動(dòng)器使用直流電供電,根據不同的應用可以有串聯(lián)降壓型;升壓型:變換器型三種電路結構。
1、直流降壓型驅動(dòng)器
直流降壓型驅動(dòng)器的基本原理是用開(kāi)關(guān)器件配合電抗性器件對外界電源降壓限流以后驅動(dòng)發(fā)光管工作。串聯(lián)降壓型驅動(dòng)器結構簡(jiǎn)單,變換效率比較高。串聯(lián)降壓驅動(dòng)器比較適合用于輸入電壓和負載管壓降差別不太大的情況下驅動(dòng)發(fā)光管。這種驅動(dòng)器的主要缺點(diǎn)是一旦主開(kāi)關(guān)器件損壞大電流會(huì )直接通過(guò)發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。顯而易見(jiàn),這種方案當供電電壓低于負載管壓降時(shí)不能使用。
2、直流升壓型驅動(dòng)器
直流升壓型驅動(dòng)器的基本原理是用開(kāi)關(guān)器件配合電抗性器件儲能升壓限流的方式工作的。升壓驅動(dòng)器的變換效率也比較高。這種方案制作的驅動(dòng)器的一個(gè)顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)是自身出現故障時(shí)不會(huì )損壞發(fā)光管。升壓型驅動(dòng)器只能用在負載管壓降始終高于電源電壓的情況。如果負載管壓降低于電源電壓驅動(dòng)器會(huì )失控,大電流直接經(jīng)過(guò)發(fā)光管使發(fā)光管燒毀。輸入直流低電壓時(shí)所用的發(fā)光管數量少可以選用降壓驅動(dòng)器也可以選用升壓驅動(dòng)器,盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管。如果發(fā)光管數量多應該選用升壓驅動(dòng)器,也是盡量串聯(lián)不并聯(lián)或者少并聯(lián)發(fā)光管。
3、直流變換器型驅動(dòng)器
變換器型驅動(dòng)器n町用開(kāi)關(guān)器件配合高頻變壓器實(shí)現能量從初級到次級的傳輸,同時(shí)做電壓/電壓變換驅動(dòng)發(fā)光二極管工作。這種驅動(dòng)器輸出端的電壓不受輸入電壓的制約,可以按照所需要串聯(lián)的發(fā)光管數任意設計,應用靈活,適合用在供電電壓在負載管壓降附近波動(dòng)的情況,也適合供電電壓和負載管壓降差別很大的情況。其缺點(diǎn)是電路復雜,變換效率比以上兩種類(lèi)型的驅動(dòng)器略低。如果輸入直流高電壓驅動(dòng)小功率管可以用串聯(lián)降壓驅動(dòng)器,驅動(dòng)大功率管從安全角度考慮應該選用變換器結構的驅動(dòng)器。
(二)交流驅動(dòng)器
交流驅動(dòng)器使用交流市電供電,根據不同的應用也分為降壓型、升壓型、變換器型三種電路類(lèi)型。交流驅動(dòng)器和直流驅動(dòng)器的區別除了需要對輸入的交流電做整流濾波之外,從安全角度考慮還存在一個(gè)隔離和不隔離的問(wèn)題。
1、交流串聯(lián)降壓型驅動(dòng)器
交流串聯(lián)降壓型驅動(dòng)器n31把輸入的交流市電整濾波后直接用開(kāi)關(guān)器件和電抗性器件對輸入的高電壓進(jìn)行降壓限流。這種
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