LED驅動電路-2

LED驅動電路 教師︰鄒文正 LED的亮度與電流  點亮LED需要額定的電流，這個電流稱為順向電流 IF。  順向電流的大小，須依驅動亮度(發光強度IV )而設定。  兩者之間的關係，藉由廠家提供的目錄或參數表中的 「 IF - IV特性」圖來確認。  LED屬於電流控制型半導體元件，其發光亮度 L (單位為cd/m2)，與正向電流IF近似成正比。 1. 在小電流範圍內(IF =1~l0mA)，m=1.3~1.5。 2. 當IF >10mA時，m=1。 KmFL K I  為比例係數  順向電流通過 LED時，將會在電極間產生數伏特 的電位差，此電壓稱為順向電壓VF。  順向電壓決定了LED驅動電路的電源電壓，因此 務必利用廠家提供的目錄及參數表中的IF- VF特性 特性曲線圖。  正向工作電壓作是在給定正向電流下得到的， 一般是在IF = 20mA時測得的。  LED的正向工作電壓為1.4 ~ 3V。???  在環境溫度升高時，正向工作電壓VF將下降。 )25)(/(   TTVIRVV FFsonturnF 驅動方式：定電壓驅動方式 1. 給LED施加固定電壓，以確保獲得所需順向電流的 供電方式，又稱為限流電阻式。 2. 電路簡單且成本低。 3. 使用時，需考慮到LED發熱所引起順向電壓的變化 造成順向電流、亮度有所變化。 4. 亦須考慮電阻R所產生之熱損失問題。  利用LED的特性曲線，對於希望通過的順向電 流IF 查出對應順向電壓VF數值。  如何求出驅動電壓值？ E = IF R + VF 關係式而求出。  如何控制通過LED的電流？ 以串聯限流電阻R控制 通過LED的電流 F F I VER  1. 使得LED的IF保持一定。 2. 可抑制熱損失，提高驅動效率。 3. 可降低LED的VF的變動，及溫度變化所產生的 影響。 驅動方式：定電流驅動方式 特點： 3R VVI BEBF  特點： ？ 特點： 1. 控制LED亮度的方式之一。 2. 以固定順向電流，使工作中的LED高速開關變 化，藉以控制人眼所視亮度的方式就是工作週 期控制方式。 3. 由於人眼存在視覺暫留現象，當光大約低於 10ms以內的週期開關的亮度時，可被人眼視作 連續的亮度。 驅動方式：工作週期控制方式  在希望增大電源電壓E的情況下有效。  LED出現短路故障的情況下，電阻的端電壓增大，導 致順向電流上升，此時須注意不得超過額定電流。  在LED出現斷路故障時，有可能會出現所有 LED都不 亮的危險。 LED同時驅動點亮方式  通過每只LED的電流相同，各LED的亮度一致。  當某一只LED品質不良短路時，如果採用穩壓驅動方式 分配在剩餘的LED兩端的電壓將升高，驅動器的輸出電流將 增大容易損壞剩下所有的LED。  如採用恒流方式驅動LED，當某一只LED因品質不良而短路 時由於驅動器輸出電流保持不變，不影響剩下所有LED正 常工作。  當某一只LED品質不良斷開後，串聯在一起的LED將 全部不亮。  解決的辦法是在每只LED兩端並聯一個齊納二極體。  欲低電壓下點亮數個 LED的情況下有效。  但LED順向電壓偏差過人的情況下，電流會向順向 電壓低的 LED轉移，亮度的差異也將會非常明顯。  在LED出現短路故障時，有可能會出現所有LED都 不亮的危險。？？？  並聯設計基於低驅動電壓，因此無需帶電感的 升壓電路。此外，並聯設計具有低電磁干擾、 低雜訊和高效率等特點，且容錯性較強。  LED採用全部並聯方式時，要求LED驅動器輸 出較大的電流，負載電壓較低。  當某一只LED因品質不良而斷開時，如果採用 穩壓式LED驅動方式，驅動器的輸出電流將減 小。？？？  如果是採用恒流式LED驅動方式，由於驅動器的輸出電流 保持不變，分配在剩下的LED中的電流將增大，容易損壞 所有LED。  解決辦法是儘量多並聯LED，當斷開某一只LED時，分配 在剩下的LED中的電流不大，不至於影響餘下的LED正常 工作。  所以功率型LED作並聯負載時，不宜選用恒流式驅動器。  當某一只LED因品質不良而短路時，所有的LED將不亮， 但如果並聯 LED的數量較多，通過短路的LED的電流較 大，足以將短路的LED燒成斷路。 然後？？？  串並聯方式的組合，可減輕 LED發生故障時所引發的危 險。  即使LED出現短路故障，也可以維持前(後)排 LED的點 亮。  在LED出現斷路故障時，可維持其他LED繼續點亮。  但由於各LED順向電流發生變化，整體亮度會降低。  在需要使用得比較多的LED產品中： 1. 如果將所有的LED串聯，將需要LED驅動器輸出較高的電壓。 2. 如果將所有的LED並聯，則需要LED驅動器輸出較大的電流。 3. 將所有的LED串聯或並聯，不但限制著LED的使用量，而且並 聯LED負載電流較大，驅動器的成本比會增加。  當某一串聯支路上有一只LED品質不良而短路 時，該串聯支路相當於少了一只LED，通過該串 聯電路的電流將增大，很容易損壞該串聯支路中 的LED 斷開一個LED串聯支路。  如果採用穩壓式驅動方式，驅動器的輸出電流將 減小，而不影響餘下的所有 LED正常工作。  如果採用恒流式LED驅動方式，由於驅動器的輸出 電流保持不變容易損壞所有的LED 因為，分配 在餘下的LED中的電流將增大。  解決辦法儘量多並聯LED 這樣當斷開某一只 LED時，分配在剩下的LED中的電流不大。  先串聯後並聯的線路的優點：線路簡單、亮度穩 定、可靠性高。個別LED失效，對整個發光組件的 影響較小。 LED混聯方式：先並後串  將LED平均分配後，分組並聯，再將每組串聯 在一起，圖型如何？？？  當有一只LED品質不良而短路時，不管是採用 穩壓式驅動方式還是恒流式驅動方式，並聯在 這一支路中的LED將全部不亮。  如果採用恆流式LED驅動方式，除了並聯在短 路LED上的這一並聯支路外，其餘的LED均正 常工作。  當一只LED短路時，整個LED燈組，最後情 況為何？？？  驅動器的驅動電流較大，通過這只短路的 LED的電流將增大。大電流通過這只短路的 LED後，很容易就變成斷路。由於並聯的 LED較多，斷開一只 LED後，平均分配電 流變什不大，依然可以正常工作，那麼整個 LED燈中，僅有一只LED不亮。  圖中的LEDl一LED4，藉著操控對應的開關S1~S4， 可獨立控制其點亮與熄滅。  在LED點亮的情況下，順向電流處於靜態，因此該 方式被稱為靜態驅動點亮方式。 LED各別驅動點亮方式  於此各LED高速依序點亮之過程被反覆進行，這種使人感覺 到LED好像連續點亮的方式被稱為動態驅動方式。  圖中由開關S1至S4的切換依一定週期進行，配合此時間來操 控開關S5，即可分別控制各LED的點亮與熄滅。  從利用人眼視覺暫留現象這一點上來看，其近似於工作週期 控制方式，但因是依次驅動LED。  驅動部分的電阻R可聚集，將有利於節省電路空間及降低成 本。  直接通交流電驅動LED時，在負的半週期 (假定為耐逆向電壓的串聯數)時LED熄滅， 人眼就會感覺到閃動。 驅動電源的探討 直流電源：交流-直流轉換電路  交換式電源是將輸入電壓利用半導體元件以 高頻切換，後經變壓器變壓、整流，平滑處 理後，獲得驅動LED所需直流電源。 直流電源：交換式電源  AC-DC轉換器/DC-DC轉換器： 1. AC-DC轉換器是將交流電轉換成直流電的交換 式電源。 2. DC-DC轉換器則是將乾電池、蓄電池等直流電 壓轉換成所需直流電的交換式電源。  電壓電源/定電流電源： 1. 為了以良好效率來驅動LED，最好使用定電流 電路。特別是近來普遍認為高功率(高亮度)型 的LED必須使用定電流電路。 2. 雖然定電壓電源市面上很多，一般既便宜又容 易買到，但卻需要另外追加定電流電路。 3. 而定電流電源則是內建有定電流電路的交換式 電源。 散熱設計  LED所消耗的電能中，轉換為可見光的僅佔百分之 幾到百分之幾十，其餘的都要以熱的形式散發。  LED和其他半導體產品一樣，受溫度所影響，半導 體的接面溫度會對特性變化和可靠性產生影響。  LED受溫度影響的，例如電氣特性、光輸出以及色 差等。  LED期待壽命，受LED工作溫度(接面溫度)的控 制，由此接面溫度可預測壽命。  照明器具內溫度Tair為: Tin (℃)：環境溫度 ΔTair (℃)：器具內溫度上升大小 airinair TTT   由產生的熱所導致的器具內溫度上升大小ΔTair，可由上式求 出。 K[kcal/m2h℃]：燈體的熱傳導係數 A[m2]：燈體的表面積 Q[kCal/h]：內部生成熱。 air QT A K   airinair TTT  0.86air QT Q p n A K      1. p：單位為W，表示l個LED所消耗的功率。 2. n： 表示相同規格LED的個數。 3. 內部產生的熱量每 1W=0.86 kcaI/Wh 4. 利用器具外殼材料、容積以及結構將燈體內積聚的 熱量有效地向外散發，就可以降低器具內部溫度， 即LED的週邊溫度。 j air pT T T    ΔTp：LED模組所產生的熱所導致的器具內溫度上 升大小。 p jaT R P   1. P：單位為W，表示LED模組所消耗的功率( P=n×p )。 2. Rja：單位為℃/W，表示接面點與器具內溫度間的熱阻。 j air p air jaT T T T R P      散熱手法：  LED散熱材料的順序： 1. (1)降低Tj為目標 2. (2)降低器具內溫度Tair --> j airj air ja ja T T T T R P R P     1. Rja：單位為℃/W，表示接面點與器具內溫度間的熱阻。  如同電路歐姆定律一般。熱阻可以用串聯組合熱組。 ja jB AB j B jB B air AB R R R T T R P T TR P     1. RjB：單位為℃/W，表示接面與基板間的熱阻。 2. RBA：單位為℃/W，表示基板與器具內溫度間的熱 阻。 LED驅動電路 LED的亮度與電流 投影片編號 3 投影片編號 4 投影片編號 5 驅動方式：定電壓驅動方式 投影片編號 7 驅動方式：定電流驅動方式 投影片編號 9 投影片編號 10 投影片編號 11 驅動方式：工作週期控制方式 投影片編號 13 LED同時驅動點亮方式 投影片編號 15 投影片編號 16 投影片編號 17 投影片編號 18 投影片編號 19 投影片編號 20 投影片編號 21 投影片編號 22 投影片編號 23 LED混聯方式：先並後串 投影片編號 25 投影片編號 26 LED各別驅動點亮方式 投影片編號 28 驅動電源的探討 直流電源：交流-直流轉換電路 投影片編號 31 投影片編號 32 投影片編號 33 直流電源：交換式電源 投影片編號 35 投影片編號 36 散熱設計 投影片編號 38 投影片編號 39 投影片編號 40 投影片編號 41 散熱手法： 投影片編號 43 投影片編號 44 投影片編號 45