大功率LED 与驱动电源的匹配方式
标签:LED紫光灯
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大功率LED 已经广泛应用于照明、装饰类等产品,在设计LED 照明系统时,需要考虑用什么样的LED 驱动器,以及LED 作为负载采用的串并联方式,合理的配合设计才能保证LED 正常工作。用LED 作为大功率照明灯具,通常都是由多颗LED 组成,少则十几二十颗,多则上百颗。如此多的单独的LED 组合在一起来组成发光组件构成照明灯具,已逐步应用于路灯、隧道灯、工矿灯、商用照明等场合。LED 的连接方式直接关系到其可靠性和使用寿命。
中国照明网技术论文•LED照明
2.1 LED 采用全部串联方式
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如图4 所示,LED 采用全部串联方式,即将多个LED 的正极对负极连接成串,其优点是通过每个LED 的工作电流一样,一般应串入限流电阻R。串联方式要求LED 驱动器输出较高的电压,当LED 的一致性差别较大时,分配在不同LED 两端的电压不同,通过每只LED 的电流相同,LED 的亮度一致性较好。
当有一颗LED 发生短路时,如果是采用恒压电源驱动,由于输出电压不变,这样分配到每颗LED 上的电压都有升高,驱动器输出电流将增大,如果超过LED 额定电流太多的话,容易造成余下的LED 光通量超过正常值而缩短寿命甚至烧毁。如果是采用恒流电源驱动,当一颗发生短路时,由于驱动电流不变,将不会影响余下所有LED 的正常工作。
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当有一颗LED 断路后,串联在一起的LED 将全部不亮。这时只要在每个LED 两端并联一个齐纳管即可,如图5 所示,所选齐纳管的导通电压要高于与其并联的LED 的导通压降,否则该LED 也不会亮。
应用此串联方式,当LED 数目较少时,电源两端的输出电压不会太高。但是当LED 数目较多时,特别是大功率LED 路灯等,通常数目至少都有几十颗,这样为了使LED 正常工作,其驱动电源的输出电压必然会非常高。比如100 颗这样的大功率LED 来组成照明灯具,必须要有超过300V的输出电压,而这样高的电压会对人身安全造成影响。
2.2 LED 采用全部并联方式
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如图6 所示,LED 采用全部并联方式。这要求LED 驱动电源输出较大的电流,负载电压较低。每颗LED 的电压一样,而总电流是流经每颗LED 的电流之和。当LED 的一致性差别较大时,通过每颗LED的电流不一致,LED 的亮度也不同。
当有一颗LED 因品质不良断开时,如果采用恒压式驱动电源,电源输出电流将减少,而不影响余下所有LED 的正常工作。如果是采用恒流式驱动电源,由于总输出电流不变,这样分配到每颗LED 的电流都增加,容易导致损坏所有的LED。因此,这种全部并联的方式不适用于LED 数量较少的场合,因为只要一颗断路,余下的每一颗都要额外增加较大的电流。当并联的LED 数量较多时,断开某一颗时,分配到余下每一颗的电流并不大,对余下的LED 影响不大。所以,当选择全部并联时,不应当选用恒流式驱动器。当某一颗LED 因不良而短路时,那么所有的LED将不亮。
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2.3 LED 采用混联方式
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这种方式,就是众多LED 既有串联,又有并联。这种混联方式有两种解法,分别如图7 和图8所示,其分析方法基本和上述两种连接方式一样。
2.4 LED 采用交叉阵列形式
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为了提高可靠性,降低熄灯几率,出现了如图9所示的交叉阵列形式的连接设计。图9 是以15 颗LED 为例的设计图,更多的LED 数量也可以参照此形式。这种交叉连接方式,即使个别LED 开路或短路,也不会影响发光组件的整体实效。
分布式恒流架构
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由于目前大功率LED 照明用的LED 数量较多,通常都有几十个甚至上百个,选择合适的驱动匹配方式显得尤为重要。上述各种驱动方式各有优缺点,但是,对于大功率LED 驱动电源来说,先恒压再恒流,是未来LED 照明的主流设计方式,此方式被命名为分布式恒流,其主要架构如图10 所示。
该方式先通过一个开关稳压电源,输出稳定的直流电压,然后在直流输出端接上LED 模块,LED 模块上已经有了恒流装置。这样将恒流技术分布到光源内部,和LED 构成一个相对独立的模块,这样设计随意性强,电源规格简单,可以根据不同光通量要求而选择不同数量的LED 模块。这种LED 模块的划分,使得大功率LED 照明特别适用于路灯、隧道灯、公共场所照明、广告灯箱等领域。分布式恒流设计LED 产品有着非常高的产品稳定性。
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分布式恒流技术,其稳压电源部分可以继续采用传统的开关电源进行恒压的供电模式,因开关电源技术积累给LED 驱动电源设计创造了品质条件。分布式恒流技术还需要在恒流节点上串接低压差线性恒流驱动器,低压差的驱动器关系到驱动效率。LED 恒流模块设置灵活,不会因为支路电流变化而影响其它支路工作。分布式恒流可以根据应用情况而灵活布置并联支路和LED 模块,从而保持各支路和整体线路的电流稳定。驱动线路稳定性直接影响产品整体稳定性,分布式恒流在稳定性方面有着独有的优势。
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4 结论
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大功率LED 照明正处在快速发展阶段,由于价格成本高,目前还主要应用在路灯、隧道灯等领域,距离大规模的商用和民用还有很长的路要走。大功率LED 照明大规模的产业化及应用,离不开驱动电源技术的发展,选择合适的驱动匹配方式,不仅可以保证LED 正常的照明效果,还能保证LED 的使用寿命,使LED 照明的优势真正得到体现。先恒压,再线性恒流,是未来大功率LED 照明的驱动方式。在分布式LED 驱动设计中,色温可调、灰度控制都变得方便。分布式恒流技术充分预留智能化接口,这是LED照明智能化发展的关键。在节能技术要求越来越高的今天,大功率LED 照明将成为照明技术发展的主流已成为共识,LED 照明时代也正在来临。
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