如何選擇合適的電源驅(qū)動LED照明應用

LED在許多照明應用中正在快速取代熒光燈泡和白熾燈泡。在過去，這些源可以直接從主電壓驅(qū)動，但這對LED來說是不可能的。本文將介紹LED是什么，如何驅(qū)動它，以及如何為此要求選擇合適的電源。

什么是LED？

像普通二極管一樣，發(fā)光二極管（LED）使用半導體材料，其已被雜質(zhì)“摻雜”以產(chǎn)生PN（正 - 負）結。電流很容易從P側（陽極）流向N側（陰極），但不能從另一個方向流動（見圖1）。當置于由外部電源供電的電路中時，電流流動，電荷載流子（電子和空穴）從電極流入該結，這些電極處于不同的電壓。電子和空穴被稱為“帶隙”的能量差分開。

圖1：LED的N-和P-型摻雜。

當電子時遇到一個孔，它從較高能級到較低能級跨越帶隙，釋放帶隙能量作為具有頻率的光子，因此產(chǎn)生對應于帶隙能量的顏色。這種關系可用以下公式表示：

WhereEg =帶隙能量=普朗克常數(shù)c =光速λ=波長

表1顯示了許多有色的波長和帶隙能量

ColorWavelength（nm）帶隙能量，E（eV）紅外線λ》 760E 《1.63Red610 《λ《7601.63Orange590 《λ《6102.03Yellow570 《λ《5902.10Green500 《λ《5702.18Blue450 《λ《5002.48Violet400 《λ LED制造商可以“調(diào)諧”帶隙能量并因此“調(diào)諧”所發(fā)射的光的波長。這是通過增加或減少雜質(zhì)水平來實現(xiàn)的，例如，控制半導體的成分。添加更多雜質(zhì)會降低帶隙能量，增加發(fā)射光的波長。

LED的帶隙隨著溫度的變化而變化，并且可以使用Varshni的參數(shù)（經(jīng)驗測量的值）來預測這種變化的程度。用于計算溫度相關的帶隙能量）。這種關系在下面的等式中描述：

WhereEg =帶隙能量T =溫度（K）α，β= Varshni參數(shù)

由于α和β都是指定LED的常數(shù)，溫度升高，LED的帶隙能量略有下降。如前所述，減小帶隙能量將增加發(fā)射光的波長并略微改變發(fā)射光的顏色。這被稱為溫度依賴性光譜偏移LED的性能特征

其中I =二極管正向電流Is =反向偏置飽和電流VDD =二極管正向電壓=二極管理想因子VT =熱電壓k =玻爾茲曼常數(shù)q =電子上的電荷T =溫度

由于在固定溫度T下給定LED的n，k，q和Is是恒定的，因此可以使用LED的VI曲線繪制這個等式如圖2所示：

圖2：LED電流與電壓（25°C）。

Shockley公式還告訴我們LED的正向電壓是溫度依賴。對于固定的正向電流，隨著溫度的升高，LED的正向電壓降低。這是因為飽和電流Is也取決于溫度，可以使用以下公式估算：

接下來，如果我們看一下特征光通量與電流的經(jīng)驗數(shù)據(jù)曲線（見圖3），以及LED的光通量與溫度曲線（見圖4），我們可以得出兩個重要結論：1。 LED在較低的電流水平下運行得更有效（它們具有更高的亮度/W值）。例如，我們可以使用Cree的XM-L高通量LED的數(shù)字 。在3 A（和25°C）下驅(qū)動LED時，它將發(fā)出976流明的亮度。這樣做所需的功率為3 A * 3.34 V或10.02 W，效率為97.4 lm/W.

圖3：LED光通量與電流的關系（25° C）。

圖4：LED光通量與溫度的關系（3 A）但是，當LED以1.5 A驅(qū)動時，它將發(fā)出590流明。所需功率為1.5 A * 3.14 V或4.71 W，效率為125.3 lm/W，顯著改善。這種更高的效率意味著LED在較低電流下產(chǎn)生的廢熱（自加熱）較少，可以改變發(fā)射光的波長和強度，并通過提高結溫來改變正向電壓。 》 2。如已經(jīng)提到的，溫度的升高將降低維持恒定電流所需的正向電壓（和功率）。然而，流明輸出也將下降，并且規(guī)模更大。這意味著即使需要更少的功率來維持恒定的電流水平，較低的流明輸出將意味著LED的整體效率將下降。

為什么我需要為LED使用驅(qū)動器？ 》選擇合適的電源是確保LED獲得最佳性能的關鍵。 LED的長壽命促使人們認為最薄弱的環(huán)節(jié)現(xiàn)在是電源。 Excelsys選擇了設計技術，市場領先的組件和熱管理技術，以便為終身匹配數(shù)字的客戶提供解決方案。我們還采用了許多符合LED市場要求的設計特性：

IP67等級，防水金屬外殼，可能是盆栽的

LED是非線性的具有與溫度相關的正向電壓的器件（If與Vf） - 即需要通過調(diào)節(jié)電流來控制

LED是具有正向電壓要求的低壓DC器件。 LED也需要防止損壞

白熾燈泡是純電阻性負載，而LED則不是。

驅(qū)動器需要在所有線路和負載條件下提供接近1的功率因數(shù)

高效率（由燈具設計師要求的每瓦特流明驅(qū)動）

高可靠性

長壽命（電源現(xiàn)在被認為是鏈條中最薄弱的環(huán)節(jié)）需要數(shù)萬小時

UL8750批準

未來的設計將有與電源通信的能力

現(xiàn)在我知道為什么需要LED驅(qū)動器，我應該使用恒流驅(qū)動器還是恒壓驅(qū)動器？

我們已經(jīng)說明LED是電流驅(qū)動器件那么為什么公司為LED驅(qū)動器提供恒流（CC）和恒壓（CV）解決方案？

這是為了給燈具設計師提供優(yōu)化系統(tǒng)的多種選擇。如果串聯(lián)使用多串LED，最有效的驅(qū)動方法是使用恒流電源并將LED直接連接到電源端子。但是，如果LED串并聯(lián)連接，則嘗試匹配所有串中的電流可能存在問題?？赡艿奶娲桨甘欠胖猛獠吭蛴性措娐穪砜刂齐娏?。這可能導致每瓦流明總效率略低，但它允許用戶充分靈活地確保相同的電流并行流過許多LED串。

CC模式和CV之間有什么區(qū)別模式？圖5，6和7顯示了電源的三種不同操作模式的特征。在每個圖上，軸是相同的。

X軸顯示負載增加，Y軸顯示模塊的輸出電壓。藍線是電壓，綠線是輸出電流。

您將注意到圖5所示的恒壓電源的性能。正如術語所示，它顯示了一個提供恒定電壓的單元。負荷增加。負載電流根據(jù)系統(tǒng)的要求而上升，并且將繼續(xù)增加到電源將進入電流限制模式的點，以防止損壞動力傳動系。在Excelsys目錄中，這由LDV和LXV產(chǎn)品系列表示。許多常見的電壓要求和一些不常見的電壓都包含在這些范圍內(nèi)。

圖5：恒定電壓：Excelsys LDV和LXV范圍。

圖6：恒定電流：Excelsys LDC，LXC和LXD范圍。

圖7：CC和CV模式：Excelsys LBD產(chǎn)品系列。圖6顯示了恒定電流驅(qū)動器的行為方式。隨著負載增加，輸出電流將保持固定，電壓也相應降低。這包括Excelsys LDC，LXC和LXD產(chǎn)品系列。

Excelsys的最新設計采用兩種操作模式，并將它們組合到一個設計中。從圖7中，您可以看到該單元最初將如何表現(xiàn)為恒定電壓單位。一旦達到負載電流max，控制環(huán)路就會將電源電流保持在恒定值并相應地降低輸出電壓。這種方法對終端設計人員有很多好處，因為如果選擇正確，CC和CV模式設計都可以通過一個電源實現(xiàn)。

我們可以看到這些設計模式中的每一個如何用于實現(xiàn)解決方案不同的照明應用。

案例研究1：

案例研究2：

應用：高棚照明

LED 9個LED串聯(lián)配置

每個LED的Vf在8 V至10 V之間

客戶以700 mA驅(qū)動LED

Pout = 700 mA （正向電流）* 90（串聯(lián)9個二極管的最大值Vf）=最小值為63瓦

電壓范圍為72至90伏

LXC75 700 mA部件提供的解決方案

或者，LDB產(chǎn)品可用于將電流限制在700 mA

Excelsys產(chǎn)品組合為用戶提供了一系列產(chǎn)品，可為任何應用要求提供解決方案。是。我們提供恒定電流，恒定電壓和可調(diào)光恒定電流型號，功率范圍廣泛。這些功率從25瓦開始，持續(xù)高達300瓦。