LED電源的基礎(chǔ)知識(shí)
LED電源與傳統(tǒng)燈具的電源完全是不一樣的,首先LED不接直接使用常規(guī)的電網(wǎng)電壓,為了滿足LED特殊的電壓、電流要求,必須根據(jù)LED光源的特點(diǎn)設(shè)計(jì)專門的電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備,LED才能正常工作,不同的設(shè)計(jì)方法,就會(huì)才生各種不同性能和轉(zhuǎn)換效率的LED電源,所以只有高效能的電源才能讓LED光源穩(wěn)定的發(fā)輝其最大的優(yōu)勢(shì),否則就無(wú)法凸顯LED節(jié)能的特別。下面讓我們?cè)敿?xì)的了解一下LED電源的知識(shí)。
首先LED電源按驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類:
第一、恒流式驅(qū)動(dòng)電源:
LED電源技術(shù)網(wǎng)
(1)、恒流驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化,負(fù)載阻值小,輸出電壓就低,負(fù)載阻值越大,輸出電壓也就越高;
(2)、恒流電路不怕負(fù)載短路,但嚴(yán)禁負(fù)載完全開(kāi)路.
(3)、恒流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED是較為理想的,但相對(duì)而言價(jià)格較高.
(4)、應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值,它限制了LED的使用數(shù)量;
第二、穩(wěn)壓式:
(1)、當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項(xiàng)參數(shù)確定以后,輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化;
(2)、穩(wěn)壓電路不怕負(fù)載開(kāi)路,但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路.
(3)、以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分為六大類
(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(wěn)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(tǒng)的可靠也較低.
(3)常規(guī)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(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高,一般可以做到70%~80%,應(yīng)用也較廣.由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續(xù),開(kāi)關(guān)頻率不容易控制,負(fù)載電壓波紋系數(shù)也比較大,異常負(fù)載適應(yīng)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(wěn)壓控制部分、開(kāi)關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分.PWM開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下,控制電路通過(guò)被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋,調(diào)節(jié)主電路開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的脈沖寬度,使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定(即相應(yīng)穩(wěn)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(wěn)定.一般這種電路都有完善的保護(hù)措施,屬高可靠性電源。
日常生活中,買燈時(shí),燈具老板可能會(huì)問(wèn)到你需要半驅(qū)還是全驅(qū)電源,或者是否需要寬電壓的。常半驅(qū)就是180V~240V 或者 80V~130V,根據(jù)實(shí)際情況選擇你合適的,全驅(qū)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(jié)構(gòu)及發(fā)光原理 50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí),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,它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料,置于一個(gè)有引線的架子上,然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封,起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用,所以LED的抗震性能好. LED結(jié)構(gòu)圖如下圖所示 發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片,在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層,稱為p-n結(jié).在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中,注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)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(zhuǎn)換為光能.PN結(jié)加反向電壓,少數(shù)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LED. 當(dāng)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(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線,光的強(qiáng)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(jù)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(wěn)定性:10萬(wàn)小時(shí),光衰為初始的50% 5. 響應(yīng)時(shí)間:其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí),LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí) 6. 對(duì)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(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙,實(shí)現(xiàn)紅黃綠蘭橙多色發(fā)光.如小電流時(shí)為紅色的LED,隨著電流的增加,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(dāng),而通常每組信號(hào)燈需由上300~500只二極管構(gòu)成. 三,單色光LED的種類及其發(fā)展歷史 最早應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源問(wèn)世于20世紀(jì)60年代初.當(dāng)時(shí)所用的材料是GaAsP,發(fā)紅光(λp=650nm),在驅(qū)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(yīng)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(xiàn)了GaAlAs的LED光源,使得紅色LED的光效達(dá)到10流明/瓦. 90年代初,發(fā)紅光,黃光的GaAlInP和發(fā)綠,藍(lán)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(qū)(λp=615nm)的光效達(dá)到100流明/瓦,而后者制成的LED在綠色區(qū)域(λp=530nm)的光效可以達(dá)到50流明/瓦. 四,單色光LED的應(yīng)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(hào)燈和大面積顯示屏中得到了廣泛應(yīng)用,產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.以12英寸的紅色交通信號(hào)燈為例,在美國(guó)本來(lái)是采用長(zhǎng)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(shè)計(jì)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(nèi),共耗電14瓦,即可產(chǎn)生同樣的光效. 汽車信號(hào)燈也是LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域.1987年,我國(guó)開(kāi)始在汽車上安裝高位剎車燈,由于LED響應(yīng)速度快(納秒級(jí)),可以及早讓尾隨車輛的司機(jī)知道行駛狀況,減少汽車追尾事故的發(fā)生. 另外,LED燈在室外紅,綠,藍(lán)全彩顯示屏,匙扣式微型電筒等領(lǐng)域都得到了應(yīng)用. 五,白光LED的開(kāi)發(fā) :對(duì)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(lán)光(λp=465nm,Wd=30nm),高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光發(fā)射,峰值550nm.藍(lán)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(lán)光部分被熒光粉吸收,另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合,可以得到得白光.現(xiàn)在,對(duì)于InGaN/YAG白色LED,通過(guò)改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)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(yùn)用上述技術(shù)工藝研發(fā)出不同波長(zhǎng)的高亮度LED,以及藍(lán)紫光半導(dǎo)體激光(Laser Diode;LD),是業(yè)界握有藍(lán)光LED專利權(quán)的重量級(jí)業(yè)者.在日亞化學(xué)取得蘭色LED生產(chǎn)及電極構(gòu)造等眾多基本專利后,堅(jiān)持不對(duì)外提供授權(quán),僅采自行生產(chǎn)策略,意圖獨(dú)占市場(chǎng),使得藍(lán)光LED價(jià)格高昂.但其他已具備生產(chǎn)能力的業(yè)者相當(dāng)不以為然,部分日系LED業(yè)者認(rèn)為,日亞化工的策略,將使日本在藍(lán)光及白光LED競(jìng)爭(zhēng)中,逐步被歐美及其他國(guó)家的LED業(yè)者搶得先機(jī),屆時(shí)將對(duì)整體日本LED產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重傷害.因此許多業(yè)者便千方百計(jì)進(jìn)行藍(lán)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(duì)促進(jìn)白光LED產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)。
要了解LED驅(qū)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(qū)動(dòng)電源的效率要高。
3.高功率因素 功率因素是電網(wǎng)對(duì)負(fù)載的要求。4.驅(qū)動(dòng)方式 5.浪涌保護(hù)6.保護(hù)功能 電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋,防止LED溫度過(guò)高。
7.防護(hù)方面 燈具外安裝型,電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮,外殼要耐曬。 8.驅(qū)動(dòng)電源的壽命要與LED的壽命相適配。
9.要符合安規(guī)和電磁兼容的要求了解客戶需求哪一種產(chǎn)品!再根據(jù)其要求推薦自己的產(chǎn)品。
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