LED与LED驱动电源的匹配
mouser 2021-04-27

四、LED与LED驱动电源的匹配

我们已经很清楚的知道LED驱动电源只有两种方式:

恒流式:电流不变电压在一定范围内变化(随负载变化)

恒压式:电压不变电流在一定范围内变化(随负载变化)

而LED灯配合的方式有三种:串联式, 并联式,串并混联式。

串联式:

要求LED驱动器输出较高的电压。当LED的一致性差别较大时,分配在不同的LED两端电压不同,通过每颗LED的电流相同,LED的亮度一致。

当某一颗LED品质不良短路时,如果采用稳压式驱动,由于驱动器输出电压不变,那么分配在剩余的LED两端电压将升高,驱动器输 出电流将增大,导致容易损坏余下所有LED。如采用恒流式LED驱动,当某一颗LED品质不良短路时,由于驱动器输出电流保持不变,不影响余下所有LED 正常工作。当某一颗LED品质不良断开后,串联在一起的LED将全部不亮。解决的办法是在每个LED两端并联一个齐纳管,当然齐纳管的导通电压需要比LED的导通电压高,否则LED就不亮了。

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并联式:

要求LED驱动器输出较大的电流,负载电压较低。分配在所有LED两端电压相同,当LED的一致性差别较大时,而通过每颗LED的电流不一致,LED的亮度也不同。可挑选一致性较好的LED,适合用于电源电压较低的产品。

当某一个颗LED品质不良断开时,如果采用恒压式LED驱动,驱动器输出电流将减小,而不影响余下所有LED正常工作。如果是采用 恒流式LED驱动,由于驱动器输出电流保持不变,分配在余下LED电流将增大,导致容易损坏所有LED。解决办法是尽量多并联LED,当断开某一颗LED 时,分配在余下LED电流不大,不至于影响余下LED正常工作。所以功率型LED做并联负载时,不宜选用恒流式驱动器。当某一颗LED品质不良短路时,那么所有的LED将不亮,但如果并联LED数量较多,通过短路的LED电流较大,足以将短路的LED烧成断路。

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串并混联方式

在需要使用比较多LED的产品中,如果将所有LED串联,将需要LED驱动器输出较高的电压。如果将所有LED并联,则需要LED驱动器输出较大的电流。 将所有LED串联或并联,不但限制着LED的使用量,而且并联LED负载电流较大,驱动器的成本也会大增。解决办法是采用混联方式。串并联的LED数量平均分配,分配在一串LED上的电压相同,通过同一串每颗LED上的电流也基本相同,LED亮度一致。同时通过每串LED的电流也相近。

当某一串联LED上有一颗品质不良短路时,不管采用恒压式驱动还是恒流式驱动,这串LED相当于少了一颗LED,通过这串LED的电流将大增,很容易就会 损坏这串LED。大电流通过损坏的这串LED后,由于通过的电流较大,多表现为断路。断开一串LED后,如果采用恒压式驱动,驱动器输出电流将减小,而不 影响余下所有LED正常工作。如果是采用恒流式LED驱动,由于驱动器输出电流保持不变,分配在余下LED电流将增大,导致容易损坏所有LED。解决办法是尽量多并联LED,当断开某一颗LED时,分配在余下LED电流不大,不至于影响余下LED正常工作。

混联方式还有另一种接法,即是将LED平均分配后,分组并联,再将每组串联一起。

当有一颗LED品质不良短路时,不管采用恒压式驱动还是恒流式驱动,并联在这一路的LED将全部不亮,如果是采用恒流式LED驱动,由于驱动器输出电流保持不变,除了并联在短路LED的这一并联支路外,其余的LED正常工作。假设并联的LED数量较多,驱动器的驱动电流较大,通过这颗短路的LED电流将增大,大电流通过这颗短路的LED后,很容易就变成断路。由于并联的LED较多,断开一颗LED的这一并联支路,平均分配电流不大,依然可以正常工作,哪么 整个LED灯,仅有一颗LED不亮。

如果采用恒压式驱动,LED品质不良短路瞬间,负载相当少并联一路LED,加在其余LED上的电压增高,驱动器输出电流将大增,极有可能立刻损坏所有 LED,幸运的话,只将这颗短路的LED烧成断路,驱动器输出电流将恢复正常,由于并联的LED较多,断开一颗LED的这一并联支路,平均分配电流不大, 依然可以正常工作,哪么整个LED灯,也仅有一颗LED不亮.

通过对以上分析可知,驱动器与负载LED串并联方式搭配选择是非常重要的,恒流式驱动功率型LED是不适合采用并联负载的,同样的,恒压式LED驱动器不适合选用串联负载。

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工程中的简易计算方法

例:某电源额定输出功率为5W电源,输出电压12V ,白光LED额定正向电压3.3V,耗散功率为65mW,可配置多少个LED?

(1)计算每条支路的LED个数: 3.3V × 3 =9.9V

65mW ÷3.3V =20mA (12V - 9.9V)÷ 20mA = 105Ω

(2)计算并联支路数 :5W ÷ (65mW × 3 20mA × 20mA × 105Ω ) = 21

(3)总共可以接多少个LED:21 × 3 =63个(串并混联)

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4:LED驱动电源使用中应注意的问题

A. LED降额使用。

B. 使用线性恒流驱动器,特别注意其工作压差。

C. 隔离式开关恒流驱动器次级输出电源不宜悬空,负极应接 地。

D. 对开关恒流驱动器,要严格遵守:先接好LED灯,再接通驱动器电源的操作顺序。

我们针对瞬间电流冲击问题研究了新型的解决方案,在输出端加入限流电路,主要有两种实现方案。

a、串联连接方式,将多余部分的能量消耗在限流电路内部。通过将多余的能量堵在负载之前,保证在连接开关闭合的瞬间流过LED灯负载上的电流在LED灯所允许的电流范围之内。

b、并联连接方式,同样也是将多余部分的能量消耗在限流电路内部。通过将多余的能量引到限流电路上,保证流过LED灯上的电流在LED灯的安全电流范围之内。

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串联限流电路:配置在高频滤波电容(C3)和恒流回路之间,在一个横向分支上包含一个NPN型晶体管(Q1)的集电极—发射极通道和与这个集电极—发射极通道串联的限流电阻(R1)。集电结偏置电阻(R5)连接到NPN型晶体管(Q1)的集电极与基极之间。NPN型晶体管(Q2)的基极连接到NPN型晶体管(Q1)的发射极上,NPN型晶体管(Q2)的集电极与NPN型晶体管(Q1)的基极相连,NPN型晶体管(Q2)的发射极连接到限流电阻(R1)的一端。同时该限流电路可以串接在恒流电阻(R2)和限压回路之间,还可以串接在限压回路和连接开关(S1)之间,也可以串接在负载和输出极地电位之间。

当输出电流低于预先设定的限流值时,限流电阻上的压降低于0.7V,NPN型晶体管(Q2)处于截止状态,NPN型晶体管(Q1)处于饱和导通状态。电路正常工作,仅仅只在限流电阻(R1)和NPN型晶体管(Q1)上增加了少量损耗。当输出的电流大于预先设定的限流值时,便会在限流电阻上产生高于0.7V的压降,此时NPN型晶体管(Q2)饱和导通,NPN型晶体管(Q1)发射极—集电极通道的等效阻值增大,起到限制输出电流的作用,近而有效的保护了负载上短暂的过流现象。

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并联限流电路:配置在输出限压回路和负载之间,在一个纵向分支上并联上一个NPN型晶体管(Q3)的集电极—发射极通道,NPN型晶体管(Q3)的基极连接到负载负电位上,限流电阻(R2)连接到NPN型晶体管(Q3)的发射极和基极之间。NPN型晶体管(Q3)的集电极—发射极通道可以电容后的任意一个纵向分支上。

当输出电流值小于预先设定的阈值电流时,限流电阻(R2)两端的压降小于0.7V,NPN型晶体管(Q3)处于截止状态,电路正常工作;当输出电流值大于预先设定的阈值电流时,限流电阻两端的压降大于0.7V,NPN型晶体管(Q3)集电极—发射极通道变为低阻值,使得大部分的电流流过NPN型晶体管(Q3)的集电极—发射极通道上,且以热能的形式消耗在NPN型晶体管(Q3)的集电结上,从而有效地保护了负载上短暂的过流现象。 

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