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LED驱动高频直流电源应用恒流电源和恒压电源该如何选择?

导言
现在有关这个问题有许多各种不同貌同实异的说法,有人说:在LED的伏安特性上,电压定了,电流也就定了。所以选用恒压和恒流作用是一样的。有人说LED并联时就应该选用恒压高频直流电源供电,而LED串联时就应该选用恒流高频直流电源供电;有人说,由于LED是恒流器材,所以要用恒流源供电;有人说,选用市电供电时就应该选用恒压高频直流电源供电,选用蓄电池供电时,就应该选用恒流高频直流电源供电。至于为什么这样要求,好像谁也说不明白。
那么,到底是应该选用恒压高频直流电源,仍是恒流高频直流电源供电呢?
首要来看一下LED到底是什么样的器材。由于LED的亮度是和它的正向电流成正比,并且一些LED的结构决议了它的散热也就是功耗。所以大多数LED会给出额定电流,例如Φ5为20mA,1W的为350mA…等,但这并不等于LED只能作业于这些额定电流,更不意味着LED就是一个恒流器材。例如Cree的1瓦LED和3瓦LED是同一类型,电流从350mA加大到700mA,功率就从1W加大成3W,所以这个LED能够作业在350-700mA之间的恣意值。
要深化了解这个问题首要要知道LED的伏安特性。
1、LED的伏安特性
LED的中文姓名就是发光二极管,所以它本身就是一个二极管。它的伏安特性和一般的二极管伏安特性十分类似。只不过通常曲线很陡。例如一个20mA的草帽LED的伏安特性如图1所示。
LED驱动高频直流电源应用恒流电源和恒压电源该如何选择?

图1. 小功率LED的伏安特性
假设用干电池或蓄电池供电,那么由于LED伏安特性的非线性,很小的电压改变就会引起很大的电流改变,上图中高频直流电源电压在3.3V时正向电流为20mA的LED,如果用3节干电池供电,新的电池电压超越1.5V,3节就是4.5V,LED的电流就会超越100mA,很快就会烧坏。关于1W的大功率LED也是如此,图2是某公司1W的LED伏安特性,而一个12V蓄电池的电压,在充满电到快放完电的电压能够从14.5V降到10.5V。相差将近20%。从伏安特性上能够看出,高频直流电源电压的10%的改变(3.4V-3.1V),就会引起正向电流的3.5倍的改变(从350mA变到100mA)。
LED驱动高频直流电源应用恒流电源和恒压电源该如何选择?

图2. 1W大功率LED的伏安特性
2.伏安特性的温度系数
到现在为止,还有许多人以为LED电压定了,电流也就定了,所以选用恒压和恒流是一样的。实际上,LED的伏安特性并不是固定的,而是随温度而改变的,所以电压定了,电流并不一定,而是随温度改变的。这是由于是LED是一个二极管,它的伏安特性具有负温度系数的特色。
LED驱动高频直流电源应用恒流电源和恒压电源该如何选择?

图4. 串联电阻只能减小温度的影响,而不能消除其影响
4.几个LED并联,能不能用恒压高频直流电源?
由于LED伏安特性的离散性,不光不同厂家出产的相同瓦数的LED伏安特性不一样,就是同一厂家出产的同一类型的LED其伏安特性也是不同的。
不同厂家和同一厂家出产的LED伏安特性的离散性
很显着,假设用恒压高频直流电源3.4V供电,显着流过每个LED的电流都不一样,每个LED的亮度也就不一样。所以不能选用恒压高频直流电源供电。
5. 多个LED并联后,选用恒压高频直流电源供电,能不能用不同的串联电阻来使电流平衡?
在常温下是能够的,但在温升今后就不能坚持了。图6中就显现了这个问题,常温下的LED伏安特性以实线表明,两个LED的伏安特性在斜率上略有差异,在用恒压高频直流电源Vo供电时,选用不同的电阻,能够得到相同的正向电流Io。可是当温度升高时,其伏安特性左移,如虚线所示。由于仍是本来的恒压和本来的电阻,此刻的电流却变成了I1和I2。不等于本来的Io了。
 串联电阻能够在常温下坚持其电流不变,但在温升今后就不能坚持电流平衡。
6. N个LED串联后,假设用恒压高频直流电源供电,其温度效应(由温升而引起的电流添加)将会扩展N倍
这是由于一切LED串联今后相当于各个LED的伏安特性沿电压轴串联
多个LED串联,相当于多个伏安特性在恒流点叠接,加电今后温度上升,一切伏安特性左移。
温升今后,N个伏安特性都左移,就使电流的添加也加大了N倍。如果选用恒流高频直流电源供电,那么温升今后,依然能够坚持电流稳定为Io。
7. 多个LED串联时,选用恒流高频直流电源供电时,能够使用伏安特性的温度效应估测其结温的上升度数
在许多应用中(例如日光灯、路灯),往往将许多LED串联,这时分,LED的温度系数效应就更加显着。由于选用恒流高频直流电源供电时其作用相当于把每一个LED的伏安特性沿电压轴叠加。假设温升为60度,那么伏安特性将会向左偏移0.12V,如果10个LED串联,一切伏安特性悉数左移,总偏移就会到达1.2V。这是相当可观的数字。反过来也能够使用LED的这种特性来丈量其结温,例如有一个10串3并的LED组合,在接上恒流高频直流电源今后,测得其正向压降从32.3V降低到30.6V。改变达1.7V。那么能够估测其结温升高为1.7/10/.002=85度
8. 恒流供电时,在串并联电路中怎么确保每串的电流均衡
假设用恒流高频直流电源只供应一串LED,那当然是最理想的了。可是,假设要供应几串并联的LED那怎么能确保每串中的电流一样呢?是的,假设用恒流源供应几串并联的LED,由于LED伏安特性的离散性,各串的电流是一定不一样的。可是实际上,由于各串LED不大可能某一串里都是正向电压偏低的,另一串里都是正向电压偏高的。而是会相对均匀分布,所以各串之间的电流不会相差很大。
9.在恒流供电的串并联电路中,怎么防止因某个LED损坏所引起的问题
假设仅仅两串并联,并且其间某一串的一个LED坏了(开路),这时分不光这一串不亮,并且一切的电流都会流到另一串,使得另一串的电流加大一倍,用不了多久也会坏掉。为了防止一个坏了一串不亮,那么能够选用悉数并串联的办法,也就是每串中的任何一个都和其他串中的相同方位的LED并联。这样,任何一个坏了(开路),仅仅这一个不亮,其他的LED依然都亮。可是假设并联的LED只要两串,其间有一个LED开路了,电流就都流到和它并联的另一个LED中去,它的电流也加大一倍,使得这一个LED寿数不长,很快烧掉;假设烧坏是开路,那么就会导致一切LED悉数不亮,但其它的LED损害并不严峻,由于没有长时间作业于过流状况。为了减小某一个LED损坏今后对其它LED的影响,期望并联的LED串数越多越好。图7中画出了3串5并并且同行相并的图。这时分,某一个LED坏了,总电流涣散到其他的4个LED中,总电流在每一行一切并联的LED中分配,正向电压偏低的LED分到的电流就会大一些。但不致形成太大的损害。
LED三串五并
三串五并中的每一个LED都和其它串中相同方位的LED相并联并且仅仅这一行的电流分到其他4路中去,而其它几行都仍是和本来一样。假设LED坏的时分是短路而不是开路,那么这一行的其它几个LED就都不亮了。 当然为了防止这个现象,最好的办法是在每个LED上都并联一个稳压管,而各串之间不要并联。这时分任何一个LED坏了(开路),稳压管就导通,电流的分配关系改变很小。短路则就是少一个LED发光。
 每个发光二极管都并联一个稳压管选用这种办法今后,就不需求再同行并联了。
总结以上叙说能够列表如下: 
结   构
任何一个坏了(开路)
任何一个坏了(短路)
单独一串
这一串开路不亮
这一个不亮
两串并联
这一串不亮,另一串一切LED电流加倍,寿数缩短,很快都坏
这一个不亮,这一串电流略为加大
两串中两两并联
这一个不亮,同行另一个电流加倍,很快坏掉;如为开路,一切不亮,如为短路这一行两个LED不亮
这一个不亮,和它并联的另一个也不亮
N串同行并联
这一个不亮,同行其他电流加大N/(N-1)倍,N越大越安全
这一个不亮,和它并联的其它各个也都不亮
每个LED并联稳压管,各串并联
仅仅这一个不亮,对其它影响不大
仅仅这一个不亮
那么是不是恒压高频直流电源在LED照明中就无用武之地了呢?彻底不是这样。
10.在市电LED路灯中选用恒压开关高频直流电源加恒流模块的办法供电
任何市电供电的系统里,都需求一个AC/DC的开关高频直流电源。有两种供电办法,一种是在开关高频直流电源里加上恒流反应控制电路,确保输出电流稳定。可是这种办法大多只能单路大电流输出,并且恒流的精度不高。还有一种是,前面选用恒压高频直流电源,后边加许多路恒流模块,这种计划灵活性很高,恒流精度也高。

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