LED電源的基礎知識
LED電源與傳統燈具的電源完全是不一樣的,首先LED不接直接使用常規的電網(wǎng)電壓,為了滿(mǎn)足LED特殊的電壓、電流要求,必須根據LED光源的特點(diǎn)設計專(zhuān)門(mén)的電壓轉換設備,LED才能正常工作,不同的設計方法,就會(huì )才生各種不同性能和轉換效率的LED電源,所以只有高效能的電源才能讓LED光源穩定的發(fā)輝其最大的優(yōu)勢,否則就無(wú)法凸顯LED節能的特別。下面讓我們詳細的了解一下LED電源的知識。
首先LED電源按驅動(dòng)方式可分為兩大類(lèi):
第一、恒流式驅動(dòng)電源:
LED電源技術(shù)網(wǎng)
(1)、恒流驅動(dòng)電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著(zhù)負載阻值的大小不同在一定范圍內變化,負載阻值小,輸出電壓就低,負載阻值越大,輸出電壓也就越高;
(2)、恒流電路不怕負載短路,但嚴禁負載完全開(kāi)路.
(3)、恒流驅動(dòng)電路驅動(dòng)LED是較為理想的,但相對而言?xún)r(jià)格較高.
(4)、應注意所使用最大承受電流及電壓值,它限制了LED的使用數量;
第二、穩壓式:
(1)、當穩壓電路中的各項參數確定以后,輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻隨著(zhù)負載的增減而變化;
(2)、穩壓電路不怕負載開(kāi)路,但嚴禁負載完全短路.
(3)、以穩壓驅動(dòng)電路驅動(dòng)LED,每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均;
(4)、亮度會(huì )受整流而來(lái)的電壓變化影響.
其它按電路的設計結構分為六大類(lèi)
(1)電阻、電容降壓方式:通過(guò)電容降壓,在閃動(dòng)使用時(shí),由于充放電的作用,通過(guò)LED的瞬間電流極大,容易損壞芯片.易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響,電源效率低、可靠性低.
(2)電阻降壓方式:通過(guò)電阻降壓,受電網(wǎng)電壓變化的干擾較大,不容易做成穩壓電源,降壓電阻要消耗很大部分的能量,所以這種供電方式電源效率很低,而且系統的可靠也較低.
(3)常規變壓器降壓方式:電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%~60%,所以一般很少用,可靠性不高.
(4)電子變壓器降壓方式:電源效率較低,電壓范圍也不寬,一般180~240V,波紋干擾大.
(5)RCC降壓方式開(kāi)關(guān)電源:穩壓范圍比較寬、電源效率比較高,一般可以做到70%~80%,應用也較廣.由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續,開(kāi)關(guān)頻率不容易控制,負載電壓波紋系數也比較大,異常負載適應性差.
(6)PWM控制方式開(kāi)關(guān)電源:主要由四部分組成,輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩壓控制部分、開(kāi)關(guān)能量轉換部分.PWM開(kāi)關(guān)穩壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內部參數及外接負載變化的情況下,控制電路通過(guò)被控制信號與基準信號的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋,調節主電路開(kāi)關(guān)器件導通的脈沖寬度,使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流穩定(即相應穩壓電源或恒流電源).電源效率極高,一般可以做到80%~90%,輸出電壓、電流穩定.一般這種電路都有完善的保護措施,屬高可靠性電源。
日常生活中,買(mǎi)燈時(shí),燈具老板可能會(huì )問(wèn)到你需要半驅還是全驅電源,或者是否需要寬電壓的。常半驅就是180V~240V 或者 80V~130V,根據實(shí)際情況選擇你合適的,全驅和寬電壓事實(shí)上是一個(gè)意思,只是不同的說(shuō)法罷了,就是指80V~240V都可以使用的電源。
一, LED的結構及發(fā)光原理 50年前人們已經(jīng)了解半導體材料可產(chǎn)生光線(xiàn)的基本知識,第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年.LED是英文light emitting diode(發(fā)光二極管)的縮寫(xiě),它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料,置于一個(gè)有引線(xiàn)的架子上,然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封,起到保護內部芯線(xiàn)的作用,所以L(fǎng)ED的抗震性能好. LED結構圖如下圖所示 發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片,在p型半導體和n型半導體之間有一個(gè)過(guò)渡層,稱(chēng)為p-n結.在某些半導體材料的PN結中,注入的少數載流子與多數載流子復合時(shí)會(huì )把多余的能量以光的形式釋放出來(lái),從而把電能直接轉換為光能.PN結加反向電壓,少數載流子難以注入,故不發(fā)光.這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管,通稱(chēng)LED. 當它處于正向工作狀態(tài)時(shí)(即兩端加上正向電壓),電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí),半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線(xiàn),光的強弱與電流有關(guān). 二,LED光源的特點(diǎn) 1. 電壓:LED使用低壓電源,供電電壓在6-24V之間,根據產(chǎn)品不同而異,所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源,特別適用于公共場(chǎng)所. 2. 效能:消耗能量較同光效的白熾燈減少80% 3. 適用性:很小,每個(gè)單元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制備成各種形狀的器件,并且適合于易變的環(huán)境 4. 穩定性:10萬(wàn)小時(shí),光衰為初始的50% 5. 響應時(shí)間:其白熾燈的響應時(shí)間為毫秒級,LED燈的響應時(shí)間為納秒級 6. 對環(huán)境污染:無(wú)有害金屬汞 7. 顏色:改變電流可以變色,發(fā)光二極管方便地通過(guò)化學(xué)修飾方法,調整材料的能帶結構和帶隙,實(shí)現紅黃綠蘭橙多色發(fā)光.如小電流時(shí)為紅色的LED,隨著(zhù)電流的增加,可以依次變?yōu)槌壬S色,最后為綠色 8. 價(jià)格:LED的價(jià)格比較昂貴,較之于白熾燈,幾只LED的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格相當,而通常每組信號燈需由上300~500只二極管構成. 三,單色光LED的種類(lèi)及其發(fā)展歷史 最早應用半導體P-N結發(fā)光原理制成的LED光源問(wèn)世于20世紀60年代初.當時(shí)所用的材料是GaAsP,發(fā)紅光(λp=650nm),在驅動(dòng)電流為20毫安時(shí),光通量只有千分之幾個(gè)流明,相應的發(fā)光效率約0.1流明/瓦. 70年代中期,引入元素In和N,使LED產(chǎn)生綠光(λp=555nm),黃光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm),光效也提高到1流明/瓦. 到了80年代初,出現了GaAlAs的LED光源,使得紅色LED的光效達到10流明/瓦. 90年代初,發(fā)紅光,黃光的GaAlInP和發(fā)綠,藍光的GaInN兩種新材料的開(kāi)發(fā)成功,使LED的光效得到大幅度的提高.在2000年,前者做成的LED在紅,橙區(λp=615nm)的光效達到100流明/瓦,而后者制成的LED在綠色區域(λp=530nm)的光效可以達到50流明/瓦. 四,單色光LED的應用 最初LED用作儀器儀表的指示光源,后來(lái)各種光色的LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應用,產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益.以12英寸的紅色交通信號燈為例,在美國本來(lái)是采用長(cháng)壽命,低光效的140瓦白熾燈作為光源,它產(chǎn)生2000流明的白光.經(jīng)紅色濾光片后,光損失90%,只剩下200流明的紅光.而在新設計的燈中,Lumileds公司采用了18個(gè)紅色LED光源,包括電路損失在內,共耗電14瓦,即可產(chǎn)生同樣的光效. 汽車(chē)信號燈也是LED光源應用的重要領(lǐng)域.1987年,我國開(kāi)始在汽車(chē)上安裝高位剎車(chē)燈,由于LED響應速度快(納秒級),可以及早讓尾隨車(chē)輛的司機知道行駛狀況,減少汽車(chē)追尾事故的發(fā)生. 另外,LED燈在室外紅,綠,藍全彩顯示屏,匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應用. 五,白光LED的開(kāi)發(fā) :對于一般照明而言,人們更需要白色的光源.1998年發(fā)白光的LED開(kāi)發(fā)成功.這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成.GaN芯片發(fā)藍光(λp=465nm,Wd=30nm),高溫燒結制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光發(fā)射,峰值550nm.藍光LED基片安裝在碗形反射腔中,覆蓋以混有YAG的樹(shù)脂薄層,約200-500nm. LED基片發(fā)出的藍光部分被熒光粉吸收,另一部分藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合,可以得到得白光.現在,對于InGaN/YAG白色LED,通過(guò)改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調節熒光粉層的厚度,可以獲得色溫3500-10000K的各色白光. 在LED業(yè)者中,日亞化學(xué)是最早運用上述技術(shù)工藝研發(fā)出不同波長(cháng)的高亮度LED,以及藍紫光半導體激光(Laser Diode;LD),是業(yè)界握有藍光LED專(zhuān)利權的重量級業(yè)者.在日亞化學(xué)取得蘭色LED生產(chǎn)及電極構造等眾多基本專(zhuān)利后,堅持不對外提供授權,僅采自行生產(chǎn)策略,意圖獨占市場(chǎng),使得藍光LED價(jià)格高昂.但其他已具備生產(chǎn)能力的業(yè)者相當不以為然,部分日系LED業(yè)者認為,日亞化工的策略,將使日本在藍光及白光LED競爭中,逐步被歐美及其他國家的LED業(yè)者搶得先機,屆時(shí)將對整體日本LED產(chǎn)業(yè)造成嚴重傷害.因此許多業(yè)者便千方百計進(jìn)行藍光LED的研發(fā)生產(chǎn).目前除日亞化學(xué)和住友電工外,還有豐田合成,羅沐,東芝和夏普,美商Cree,全球3大照明廠(chǎng)奇異,飛利浦,歐司朗以及HP,Siemens, Research,EMCORE等都投入了該產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn),對促進(jìn)白光LED產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)。
要了解LED驅動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等客戶(hù)需求是哪一種?還有就是常見(jiàn)的一些要求:1.可靠性高低 2.高效率,驅動(dòng)電源的效率要高。
3.高功率因素 功率因素是電網(wǎng)對負載的要求。4.驅動(dòng)方式 5.浪涌保護6.保護功能 電源除了常規的保護功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋,防止LED溫度過(guò)高。
7.防護方面 燈具外安裝型,電源結構要防水、防潮,外殼要耐曬。 8.驅動(dòng)電源的壽命要與LED的壽命相適配。
9.要符合安規和電磁兼容的要求了解客戶(hù)需求哪一種產(chǎn)品!再根據其要求推薦自己的產(chǎn)品。
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