LED照明灯存在的问题和解决办法Word格式文档下载.docx
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所以控制过电流即可,这为电路的简化提供依据。
三、解决问题的方法:
如果用WHPTC过流保护器作保护,从原理可知,当电路的电流超过规定值时会讯速的自动保护,在排除故障后又自动复位,无需人工更换。
对LED而言,电压的变化不是LED损坏的直接原因,而电流的增大才是LED的真正杀手。
利用这个特性,在LED的电路保护上具有绝对的优势,让简易电源供电变为现实。
实践证明,在LED电路出现故障以前就有效保护了。
如下图可见,因有了WHPTC可省去恒流、恒压电路,。
器件成本、生产成本、服务成本都大大降低。
也大大增加了产品的市场竞争力。
四、型号选择:
可选择WH6-XXX到WH250-XXX的20mA-到-15A中的所需型号。
对LED进行无损保护,延长寿命。
例如:
WH250-020用在220V、20mA的LED电路中,当电流超过40mA时,WHPTC在20秒左右保护。
专家指点:
WHPTC保护时,其续电流使LED继续点亮,只是光暗而不是熄灭,这是其它保护电路不具备的优点,如果是干扰电流或电压导致保护,则干扰过去后,LED自动恢复正常点亮,而不需要人工更换或维修。
五、WHPTC系列产品可用于下列的照明、装饰、景观等灯具的电路保护:
各种LED日光灯、球泡灯、杯灯、吸顶灯、路桥灯、交通灯、隧道灯、护栏灯、空中探照灯、激光灯、投光灯、庭院灯、地埋、水底灯、墙角灯、地脚灯、幕墙灯、盒灯、迪吧灯、酒吧灯、地砖灯、广场灯、节日灯、工艺灯、线条灯、气车灯等LED灯。
大功率LED技术的进步也使得设计阶段的散热考虑变得越来越重要。
为了避免LED的加速老化,或者最坏情况的完全报废,LED本身不能过热。
一旦大功率LED的发热效率高于发光效率,输入功率产生热而不发光的比例就非常高。
所以,在设计阶段就必须考虑采用良好的散热来保证LED工作可靠,并且允许它在更高的环境温度下也能够工作。
而在选择LED驱动电路时,则必须考虑器件的散热。
确保LED芯片不致过热的一个重要指标就是正向电流。
在实际使用中,经常将工作电流设置在一个很低的水平,以确保即使在很高的环境温度下LED也不至于过热。
然而,如果LED的工作电流与温度不相关,就会带来一个很大的问题:
当温度过高时,LED的工作条件就超出了其规范的要求。
此外,在很低的温度下,供给LED的电流会极大地低于最大允许电流。
LED驱动电路中的热敏电阻
因此,人们希望控制LED的驱动电流并使之降低LED额定工作条件。
某些价格昂贵的LED驱动IC可以实现这种功能,它采用内部或外部的温度传感器来感知温度并进行反馈控制。
而我们则希望通过在LED驱动电路中采用PTC热敏电阻来提供一种简单的方法。
它具有如下优点。
●在室温的情况下,正向电流是增加的。
●由于减少了LED的数量,所以成本可以降低。
此外,可以采用价格低廉的驱动IC,或者甚至也可以采用不具有集成温度管理功能的驱动电路。
●可以设计一个不需要IC控制,但仍能够根据环境温度调整LED工作电流的电路。
●也可以采用低成本的LED,只是需要降低额定工作条件和提供更小的安全裕量。
●如果增加过热保护功能,LED的可靠性会得到提高。
●在散热方面也可以采用散热器(片)等方法。
使用WHPTC前后的拓扑结构比较图
浅谈LED产品老化我们在应用LED时经常会出现这样种问题,LED焊在产品上刚开始的时候是正常工作的,但点亮一段时间以后就会出现暗光、闪动、故障、间断亮等现象,给产品带来严重的损害。
引起这种现象的原因大致有:
1.应用产品时,焊接制程有问题,例如焊接温度过高焊接时间过长,没有做好防静电工作等,这些问题95%以上是封装过程造成。
2.LED本身质量或生产制程造成。
预防方法有:
1.做好焊接制程的控制。
2.对产品进行老化测试。
老化是电子产品可靠性的重要保证,是产品生产的最后必不可少的一步。
LED产品在老化后可以提升效能,并有助于后期使用的效能稳定。
LED老化测试在产品质量控制是一个非常重要的环节,但在很多时候往往被忽视,无法进行正确有效的老化。
LED老化测试是根据产品的故障率曲线即浴盆曲线的特征而采取的对策,以此来提高产品的可靠性,但这种方法并不是必需的,毕竟老化测试是以牺牲单颗LED产品的寿命为代价的。
LED老化方式包括恒流老化及恒压老化。
恒流源是指电流在任何时间都恒定不变的。
有频率的问题,就不是恒流了。
那是交流或脉动电流。
交流或脉动电流源可以设计成有效值恒定不变,但这种电源无法称做「恒流源」。
恒流老化是最符合LED电流工作特征,是最科学的LED老化方式;
过电流冲击老化也是厂家最新采用的一种老化手段,通过使用频率可调,电流可调的恒流源进行此类老化,以期在短时间内判断LED的质量预期寿命,并且可挑出很多常规老化无法挑出的隐患LED。
有效防止高温失灵-PTC热敏电阻用作LED限流器近年来,发光二极管(简称LED)的发展已取得巨大进步:
已从纯粹用作指示灯发展为光输出达100流明以上的大功率LED。
不久之后,LED照明的成本将降至与传统冷阴极荧光灯(简称CCFL)类似的水平。
这使得人们对LED的下述应用兴趣日浓:
汽车照明灯、建筑物内外的LED光源、以及笔记本电脑或电视机LCD屏的背光。
大功率LED技术的发展提高了设计阶段对散热的要求。
就像所有其它半导体一样,LED不能过热,以免加速输出的减弱,或者导致最坏状况:
完全失效。
与白炽灯相比,虽然大功率LED具有更高效率,但是输入功率中相当大的一部分仍变成热能而非光能。
因而,可靠的运作就需要良好的散热,并要求在设计阶段就考虑高温环境。
设计LED驱动电路尺寸时,也必须考虑温度因素:
必须选择其正向电流,以确保即使环境温度达到最高值,LED芯片也不会过热。
随着温度的升高,就需要通过降低最高容许电流,即降低额定值,来实现降温。
LED制造商把降额曲线纳入其产品规格中。
有关此类曲线,参见图1。
图1LED降频曲线
利用无温度依赖性的电源运行LED存在弊端:
在高温区域内,LED则超出规格范围运行。
此外,当处于低温区域时,照明源就由明显低于最大容许电流(参见图1红色曲线)的电流供电。
如图1的绿色曲线所示,通过LED驱动电路中的正温度系数热敏电阻(简称PTC热敏电阻)来控制LED电流是一个重大改进。
这至少可以带来下列好处:
*在室温下增加正向电流,从而增加光输出
*因为可以减少LED使用量,所以可以使用价格较低的驱动集成电路(简称IC)乃至一个不带温度管理的驱动电路来节约成本
*实现无需IC控制的驱动电路设计,此电路亦可使LED电流随温度改变
*能够使用较便宜减额值较高安全裕量较小的LED
*过热保护功能提高了可靠性
*带散热片的热机械设计更为简单
大多数LED用驱动电路形式具有一个共同点:
即流经LED的正向电流是通过固定电阻进行设置(参见图2)。
一般说来,流经LEDILED的电流取决于Rout,即ILED~1/Rout。
由于Rout不随温度而变,因此LED电流也不受温度影响。
将固定电阻换成随温度变化的电路,即可实现对LED电流的温度管理。
下列图表阐明了如何使用PTC热敏电阻来改善标准电路。
示例1:
有反馈回路的恒流源
图2中电路1为常用的驱动电路。
其恒流源包括一条反馈回路。
当调节电阻两端的反馈电压达到因IC而异的VFB时,LED电流就不变了。
LED电流因而被稳定在ILED=VFB/Rout。
图2LED的传统驱动方式
图3所示为上一电路改良型:
此电路借由PTC热敏电阻,生成随温度变化的LED电流。
通过正确选择PTC热敏电阻、Rseries以及Rparallel,此电路与专用驱动IC和LED组合相匹配。
其中,LED电流可经由下列方程式计算得出:
图3所示电路阐明了LED电流(参见图3)的温度依赖性。
与针对最高运行温度为60度的恒流源相比较,使用PTC热敏电阻后LED电流可在0度和40度之间提升达40%,并且LED亮度也能提高同等百分比。
图3采用PTC热敏电阻的温度监测和电流降频
示例2:
调节电阻与LED无串联的恒流源
图2所示电路2为另一常见的恒流源电路:
电流通过连接驱动IC的电阻得以确定。
然而在这种情况下,调节电阻并未与LED串联。
Rset和ILED之间的比率由IC规格明确。
因此,运用20kW的串联电阻和TLE4241G型驱动IC,最终产生的LED电流为30mA。
图4所示为标准电路改良型,其中也含有一个PTC热敏电阻,尽管此处采用WHPTC热敏电阻。
在感测温度,元件电阻可达4.7kW,且容许误差值为±
5℃(标准系列)或±
3℃(容许误差值精确系列)。
图4所示为随外界温度而变化的LED电流。
固定电阻Rseries容许误差范围小,在低温时支配总电阻。
只有在低于PTC热敏电阻的感测温度大约15K时,由于PTC热敏电阻的阻值开始增加,电流才会开始下降。
在感测温度(总电阻=Rseries+RPTC=19.5kW+4.7kW=24.2kW)时的电流大约为23mA。
PTC电阻在温度更高时急剧上升,迅速引发断路,从而避免因温度过高出现故障。
图4无分流测量之温度记录
示例3:
无IC简单驱动电路
如图2所示电路3,LED也可在无驱动IC的情况下工作。
图示电路是通过车用电池驱动单一200mALED。
稳压器生成5V的稳定电源电压Vstab,以避免电源电压出现波动。
LED在Vstab处运作,电流则通过与LED串联的电阻元件Rout决定。
在这类电路中,通过下一则等式可算出独立于温度的正向电流,在此等式中,VDiode是一个LED的正向电压:
另一做法是将WHPTC的径向引线式PTC热敏电阻以及两个固定电阻相组合后,替代上述固定电阻,如图所示。
由于LED电流的绝大部分流经PTC热敏电阻本身,因此需要选择一个较大的径向引线式元件。
PTC将因为流经电阻本身的电流而导致发热,因此会一直减少电流,无论环境温度为何(如图5所示)。
并联两个或更多片式PTC热敏电阻会将电流分流,但此方案仍存在局限性。
图5无需IC的温度补偿驱动电路
电流值主要是通过适当选择两个固定电阻来设置的。
这两个电阻也在改进电路方面也起到重要作用,因为它们将产生的LED正向电流的允差保持在较低水平。
这在正常工作温度范围内尤其重要,因为此时PTC热敏电阻本身的阻值允差仍较高。
第二个并联固定电阻也能确保PTC不会在极端高温情况下彻底关闭LED,因此,电流不会降至低于下列等式计算的所得值:
这项性能在例如汽车电子这样的应用中极其重要,因为安全要求不允许照明灯彻底关闭。
背景资料:
LED的温度依赖性
像所有半导体一样,LED的最高容许结点温度不能超过,以免导致过早老化或者完全失效。
如果结点温度要保持在临界值以下,那么外界温度升高时,最高容许正向电流则必须下降。
不过,如果运用散热器,在特定的外界温度时正向电流可以增加。
LED的光输出随着芯片结点温度的升高而下降。
上述情况主要发生在红色和黄色LED,白色LED则与温度关系较小。
光照效率和正向电流保持同步增长,不过,安装在结层和环境之间的LED所具备的高热阻率可以降低乃至逆转这种作用,这是因为随着结点温度的上升,发射光会降低。
此外,当结点温度上升且LED正向电压与温度保持同步增长时,发射光的主波长会以+0.1nm/K的典型速率增长。
各种白光LED驱动电路特性评比1996年,日亚化学的中村氏发现蓝光LED之后,白光LED就被视为照明光源最具发展潜力的组件,因此,有关白光LED性能的改善与商品化应用,立即成为各国研究的焦点。
目前,白光LED已经分别应用于公共场所的步道灯、汽车照明、交通号志、可携式电子产品、液晶显示器等领域。
由于白光LED还具备丰富的三原色色温与高发光效率的特性,一般认为非常适用于液晶显示器的背光照明光源,因此,各厂商陆续推出白光LED专用驱动电路与相关组件。
鉴于此,本文就LED专用驱动电路的特性与今后的发展动向进行简单阐述。
1定电流驱动的理由
1.1白光LED的光度以顺向电流规范
白光LED的顺向电压通常被规范成20mA时,最小为3.0V,最大为4.0V,也就是若单纯施加一定的顺向电压时,顺向电流会作大范围的变化。
图1是从A、B两家LED企业的产品中随机取三种白光LED样品进行顺向电压与顺向电流特性检测的结果。
根据检测结果显示,若利用3.4V顺向电压驱动上述六种白光LED时,顺向电流会在10~44mA范围内大幅变动。
表1为白光LED的电气与光学特性。
由于白光LED的光度与色度是以定电流方式量测的,所以,为获得预期的亮度与色度,通常是用定电流驱动。
表2为光学坐标的等级(rank)(IF=25mA,Ta=250C)。
1.2避免顺向电流超越容许电流值
为确保白光LED的可靠性,基本上就是需要设法避免顺向电流超过白光LED的绝对最大设计值(定格值)。
图2中,白光LED的定格最大顺向电流为30mA,随着周围温度的上升,容许顺向电流则持续衰减,如果周围温度为50℃,通常顺向电流就不能超过20mA。
此外,利用定电压的驱动方式不易控制流入LED的电流值,因此就无法维持LED的可靠性。
2白光LED的驱动方法
图3是驱动白光LED常用的四种电源电路;
图4是上述六种随机取样白光LED稳定后的ReguLation精度特性。
图4的测试结果显示,ReguLator的负载特性出现在白光LED的VF角落上,即图中的交叉点就是各白光LED的稳定动作点。
2.1使用电压ReguLator的驱动方式
图3(a)的电路分别使用可以控制LED电流的电压ReguLator与BaLLast电阻,这种电路的优点是电压ReguLator种类丰富,设计者可以选择的自由度较大,而且与电压ReguLator、LED的接点只有一点;
缺点是BaLLast造成的电力损失会导致效率恶化。
此外,LED的顺向电流也无法获得精密控制。
图4(a)中可以看出,随机取样六个白光LED的顺向电流,从14.2mA到18.4mA分布范围非常广,因此,A厂商LED的(平均值)顺向电流高达2.0mA。
相比之下,图4(b)电路使用的ReguLator虽然有小型、低成本的优点,缺点是可能会无法满足性能与可靠性的要求,也就是说本电路的实用性相对较弱。
2.2使用定电流输出的电压ReguLator驱动方式
图3(b)的电路虽然可以使流入LED的所有电流稳定化,不过为了匹配(Matching)各LED的电气特性,电路中特别设置了一组BaLLast电阻。
图3(b)中的MAX1910属于定电流输出型的电压ReguLator,虽然本电路使用同厂商、同批号(Lot)的白光LED,获得了极佳的匹配性,不过,在使用不同厂商与批号的LED时,就会出现很大的特性差异分布。
本电流Regu-Lator使用类似图3(a)的方式控制驱动电流,不过它却可以使BaLLast电阻的消费电力降低一半左右。
图4(b)的测试结果显示,流入六个随机取样白光LED的电流,从15.4mA到19.6mA,变化范围非常大。
因此,A厂商与B厂商两者的LED是以平均17.5mA的电流驱动。
此电路的缺点是BaLLast电阻造成的电力损失有残留之虞,而且又无法获得LED电流的匹配性;
不过整体而言,本电路兼具动作特性与简洁性,所以具有相当程度的使用价值。
2.3使用输出型的MuLti PuLL电流Regu-Lator的驱动方式
图3(c)的电路可以使流入LED的电流各自稳定化,因此不需要使用BaLLast电阻,电流的精度与匹配性ReguLator则由各自的电流ReguLator支配。
图3(c)中的MAX1570 IC可以使上述电流ReguLation达成2%标准的电流精度,与0.3%标准的电流匹配性等目标。
由MAX1570 IC构成的电流ReguLator为低Drop Out Type,因此它的动作效率非常高。
图4(c)的测试结果显示,使用图3(c)的驱动电路时,流入六个随机取样白光LED稳定化的电流为17.5mA。
虽然ReguLator与LED之间需要四个连接端子,不过此电路不需要BaLLast电阻,所以可以有效抑制封装面积,因此非常适合应用在封装空间极为狭窄的小型液晶面板等领域。
2.4使用升压型电流ReguLator驱动的方式
图3(d)的电路是利用可以使电流稳定化的电感(Inductor),构成所谓的高效率Step Up Converter。
本电路的最大特点是 Feed Back ThreshoLd电压,可以减少电流检测用电阻的电力损失。
此外,LED采用串联方式连接,所以流入白光LED的电流即使是在各种要求下,都能够与LED完全取得匹配。
有关电流的精度基本上取决于Regu-Lator的Feed Back ThreshoLd精度,因此不会受到LED顺向电压的影响。
由MAX1848与MAX1561 IC构成的电流ReguLator的效率(PLED/PIN)分别是:
三个LED+MAX1848,87%;
六个LED+MAX-1561,84%。
Step Up Converter的另一优点是Regu-Lator与LED之间需要两个连接端子,而且LED的使用数量不会受到Step Up Converter种类的影响,这意味着设计者会拥有更大的选择空间。
因此,Step Up Converter广泛应用在各种尺寸的液晶面板;
电路的缺点是电感外形高度、组件成本偏高,有EMI辐射干扰。
3 结束语
以上介绍了白光LED常用的驱动电路,并通过实验方式深入探讨了各电路实际运行时的优缺点和特性。
由于LED结构的限制,因此会有波长与驱动电流精度不易控制等困扰,随着白光LED背光模块应用需求的不断增加,如何改善上述波长与电流精度问题,同时降低驱动电路的制作成本,成为必须克服的问题。
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- LED 照明灯 存在 问题 解决办法