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高效率LED驱动电源设计

上传人:Robert Kollman

上传时间: 2011-07-12

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  介绍

  随着LED生产成本下降,越来越多应用开始采用这类组件,包括手持装置、汽车电子、和建筑照明等。LED拥有高可靠性、良好效率和超快响应速度,所以很适合做为照明光源。虽然白炽灯泡的成本很低,更换费用却可能很昂贵。街灯就是很好的例子,更换一个故障的灯泡往往需要出动多位人员和一辆卡车,LED照明的使用寿命在照明应用中即享有某些成本优势。也因为如此,尽管LED和白炽灯泡的效率大致相等,许多街灯就采用可靠性更高且更省电LED,舍弃白炽灯泡。

  白炽灯虽能发出连续光谱,却常用于交通号志等只需绿光、红光和黄光的场合。这类应用须在白炽灯外加装一个特定颜色的滤片,但它会造成六成的光能浪费。LED则能产生特定颜色的光,而且只要接通电源即可立即发亮,不像白炽灯需要200毫秒的反应时间,因此汽车产业早就将LED用于剎车灯。另外,DLP视讯应用也以LED做为光源,利用高速开关的LED取代原有机械组件。

  LED的I-V特性

  图1是典型InGaAlP LED的顺向电压特性。LED电路模型可表示为一个电压源串联一个电阻,这个简单模型与实际测量结果很吻合。电压源为负温度系数,因此顺向电压会随着接面温度升高而下降。InGaAlP LED (黄色与琥珀红) 的温度系数在-3.0mV/K和-5.2mV/K之间,InGaN LED (蓝、绿和白色) 则介于-3.6mV/K和-5.2mV/K之间。负温度系数是造成LED很难并联的原因之一,因为越热的组件会汲取越多的电流,越多的电流又会让它的温度进一步升高,最后就变成热失控。


图1:以电压源和串联电阻做为LED电路模型后得到的I-V特性曲线

  图2是输出光强度 (光通量) 与操作电流的关系,可以看出输出光强度与二极管电流的关系很密切,只要改变顺向电流就能调整LED的亮度。另外,这条曲线在电流较小时很像是一条直线,但其斜率在电流升高时会变得较小。这表示当电流较小时,只要二极管电流加倍就会让输出光强度加倍。电流较大时则非如此,此时电流加倍只会让输出光强度提高八成。这项特性对LED很重要,因为它是由交换式电源所驱动,所以可能会遇到很大的涟波电流。其实电源供应的成本在某种程度上就是由所允许的电流决定:涟波电流越大,电源供应的成本就越低,只不过LED的输出光强度也会受到影响。


图2:LED效率在电流超过1A后开始下降

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