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照明用发光二极管的驱动及其专用驱动电源变换器

半导体照明是未来照明领域重要的发展方向。发光二极管作为一种新型照明光源正在获得越来越广泛的应用。
发光二极管是一种单向电流驱动的半导体器件，是一个具有负温度系数的伏安特性不成固定比例的非线性器件，并且存在一个3v左右的势垒电势，形成了低正向电压时不导电的死区。要用发光二极管做照明，必须根据发光二极管的特点解决好电源变换问题。
实际应用中驱动发光二极管的原始电源有许多种，但大体上可以分为市电驱动和直流驱动两大类。
由于世界各地供电标准的差别，市电有220V和110V两种交流电压值，但对于发光管来说，都属于交流高电压。用于这类电源的发光二极管驱动电源变换器要解决整流和降压的问题。
市电发光二极管驱动电源变换器分为隔离驱动和不隔离驱动两类，隔离驱动安全性好，不隔离驱动具有最低的成本和最高的变换效率，并且更容易实现大功率驱动。
直流驱动情况比较复杂，根据电压值的不同大体上分为低压驱动、过渡驱动和高压驱动三种类型。
低电压驱动：低电压是指电源的电压值始终低于发光二极管的势垒电势，不能直接使发光二极管导通发光的原始电源。如一节干电池或者一节镍镉/镍氢电池。这种情况下变换电路必须升高电源电压才能驱动发光二极管。典型的应用领域如使用一节普通电池供电的手电、台灯、应急灯等。
过渡驱动：过度驱动是指电源的电压值在发光二极管势垒电势附近变动的原始电源，如一节锂电池，满电时电压值在4.2V以上，电压值高于发光二极管的势垒电势。电池快用尽时电压值在2.7V以下，电压值低于发光二极管的势垒电势。用过渡电源驱动发光二极管电源变换器既要能够升高电压又要能够降低电压。典型的应用如使用单节锂电池供电的矿灯、手电、台灯、应急灯。
高电压驱动：高电压是指电源的电压值始终高于发光二极管势垒电势的原始电源。如6V、12V、24蓄电池。典型的应用如机动车的灯光系统，应急灯、工作灯等。
对于这几种不同的直流电源，必须要有不同的技术方案应对。
从输出角度来看，给到发光二极管上的驱动电流可以是直流电流，也可以是单向脉冲电流。
直流驱动法容易理解，使用的比较普通，实现的技术手段有两种：一种是直接用恒流电源给发光管提供所需要的电流。另一种是使用电压源供电，再用外部元件限流实现恒流给发光管供电。但不论哪一种方法，一般来讲电源变换器的结构都比较复杂，体积大，成本高。
脉冲驱动法是专门针对发光二极管的特点提出的一种驱动方式。技术上比较先进，电源变换器的电路结构简洁，体积小，可靠性高，成本低，在不需要做二次功能控制的照明领域应用前景广阔。
下面介绍几种目前技术上比较先进的脉冲输出的峰值电流驱动器，供大家制作LED应用系统时参考。
脉冲输出型峰值电流驱动器分为市电输入型和直流输入型两种，但不论哪种其核心技术都是控制发送到发光二极管上的每一个电流脉冲的峰值，使发光管在比较高的光电转换状态下工作，不会因为电流失控而造成发光管损坏。
市电输入型峰值电流驱动器：
LED-AP-A系列是隔离型市电输入峰值电流驱动器，有1瓦、3瓦和5瓦输出三种规格。分别用于驱动1瓦、3瓦、5瓦的大功率发光二极管。
LED-AP-B系列是不隔离型市电输入峰值电流驱动器，用于驱动1—10瓦功率范围以内的多只Φ5发光二极管，驱动多只发光二极管时，要多只串联然后再并联使用。每一串发光管要串联一个20Ω的电阻以均衡各组电流。
市电输入型峰值电流驱动器使用比较简单，两根黄色输入线接交流市电，输出线红线接发光管正极，黑线接发光管负极。下图是一个不隔离型市电输入峰值电流驱动器驱动100只Φ5发光管的应用实例。

直流输入型峰值电流驱动器：
LED-DP-BM是一种降压型峰值电流驱动器，使用12伏电池供电可以串联驱动3只1瓦的发光管，驱动效率大于83%。这是一种为无人职守的太阳能LED照明系统配套的多功能驱动器，除了完成峰值脉冲电流控制功能以外，还有电池电压低关闭功能，保护电池不会过放电损坏。还有一个控制端，用此控制端可以实现遥控、光控、调光等功能。共有5根引线，红线接电池正极，黑线接电池负极，黄线接发光管正极，白线接发光管负极，蓝线是控制线，下图是这个控制器在太阳能LED照明系统中的应用实例。

在这个系统中，LED-DP-M峰值电流控制器、SUN-B-12太阳能充电控制器、蓄电池、太阳能电池板组成无人值守太阳能照明系统。太阳能电池板有电时，LED-DP-M峰值电流控制器关闭，发光管灭。在SUN-B-X充电控制器的控制下，太阳能电池板向蓄电池充电。天黑时，太阳能电池板没有电，峰值电流控制器开启，发光管亮。若连续放电使电池电压降低到10.8V，峰值电流驱动器关闭。
该控制器在一般低压供电系统中的应用如下图所示。图中电位器可用来调光。如不需要调光，蓝色引线悬空或者接地即可。

LED-DP-B是该系列控制器的一种简化型产品，只有四根引线，两根接电池，两根接发光管。没有电池电压低关闭功能和外部控制端，使用更简单。实际应用如图所示：

LED-DP-G是一种高效率驱动器，用于驱动1瓦或者3瓦的发光管。用单节锂电池供电时变换效率可达85%以上。用在矿灯等产品中可以延长照明时间。此驱动器只有三根引线，红线接电池正极，黑线接电池负极，黄线接发光管正极，发光管负极直接接到电源线上。应用如图所示：

LED-DP-J是一种最简结构的带有调光功能的峰值电流驱动器，用于驱动1只1瓦的发光管或者并联驱动10只Φ5的发光管。用单节普通碱性干电池或者镍氢/镍镉电池供电，1.2V输入电压时供电效率约70%。由于电路结构简单，电池电压下降时发光管的亮度会有所降低。但体积最小，价格最低。此驱动器有4根引线，红线接电池正极，黑线接电池负极，黄线接发光管正极，发光管负极和电源负极线接，蓝线是控制线，在蓝线和电源正极之间接一个10K的电位可以实现连续调光。如不需要调光，蓝线直接和电源正极相连。应用如图所示，

以上产品都制成了固态模块，适合在高粉尘、高湿度、强振动等环境下使用。


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