对大功率LED驱动电路的研究

    李豪

    摘 要：由于照明能耗在能源消耗中所占的比率很大，考虑到日益严重的环境问题和资源危机，很多国家开始制定半导体照明计划。大功率LED电源是一种半导体电源，这种电源因其独特的优点受到人们的青睐，成为业内的研究热点。本文主要介绍大功率LED驱动电路的优点、工作原理等，旨在为大功率LED驱动电路的推广提供一定的理论指导。

    关键词：大功率；LED驱动电路；原理

    目前，大功率LED已是世界各国的光源和灯具研究机构的研究热点，也是未来照明行业的主角行业。大功率LED驱动电路有很多优点，将其作为照明光源比其它光源更具优势，其开发应用的前景更加光明。对大功率LED的研究有着重大的意义，很大程度上降低了能源消耗，对中国的可持续发展及其他国家的发展都有着深远的意义，大功率LED具有很大的发展潜力和良好的前景。

    1 功率LED驱动的研究现状与意义

    1.1 大功率LED驱动电路的研究现状

    随着科技的不断发展，对大功率LED的研究力度不断地加大，并且通过材料、制作工艺以及相关技术的改进，大功率LED的各种性能得到了很大程度地提升，它被广泛地应用到背光和显示面板市场，起到了很好地推动作用。同时大功率LED也被广泛地应用到其它的领域，比如说室内外照明、汽车照明等。由于大功率LED是一种敏感的半导体器件，在考虑如火如何保持工作稳定性的过程中，产生了驱动的概念，大功率LED驱动电源是大功率LED正常地、稳定地工作的重大保障，可以说LED驱动电源的品质直接制约了LED产品的可靠性。

    在大功率LED快速发展的时代，LED产品的质量也是得不到必要的保障，其最根本的原因还在于大功率LED驱动电源的质量良莠不齐。但是不管怎么说，大功率LED的迅速发展给LED驱动电源企业创造了很好的发展机会。不过LED驱动电源企业要想得到更好的发展就必须解决好几个难题，第一，驱动电源转换效率过低是一个困扰驱动企业发展的一个重大的难题，它直接影响了LED节能效果的发挥；第二，驱动电路寿命短也是一个很致命的问题；第三，驱动电源成本比较高，这也是一个困扰企业发展的难题。总之，LED虽然在迅速地发展，但是发展中存在很多限制性因素[1]。

    1.2 大功率LED驱动电路的研究意义

    大功率LED是一个重要的发光系统，它是将电能转化成光能，给人们的生活带来无限的光明。然而，如何高效率地将电能转化成光能是一个重大的课题，在科技不断创新的大背景下和对LED驱动研究地不断加深，LED光效一定会得到很大程度地提升，这种情况下也会使得LED成本大幅度下降，在不久的将来LED会逐渐地取代其它的照明工具，这种绿色光源的产品将成为未来的主要照明工具，而且会因为LED的节能、环保以及使用寿命长的特点，LED光源会被广泛地应用到各个领域，总的来说对大功率LED驱动的研究就意味着大功率LED有着比较光明的前景，同时也预示着我们将进入一个节能、环保的新时代[1]。

    2 LED照明的优点

    （1）响应速度快，使用寿命长

    LED照明具有很多明显的优点，其中响应速度快，使用寿命长是比较典型的优点。LED具有纳秒级的响应速度，开关时间非常短，几乎没有启动延迟，这个优点使LED照明实现了亮度和色彩的动态控制；另外，LED还表现出了使用寿命长的优势，与普通的照明设备相比，LED的使用寿命要高出数十倍，使用寿命可长达10万小时以上，并且LED灯可以长时间使用，不用更换。这是一个非常有竞争力的优点，是其它照明设备无法比拟的。

    （2）光线质量高

    LED灯的另一个照明优势表现为光线质量高、发光效率高，传统的照明设备大部分的电损耗都转化为了热损耗，光转化效率很低，而LED灯的光效要比其它的照明设备高出很多。而且LED的光单色性好、光谱窄，表现出光线质量高的优势，它不需要过滤就可以直接发出有色的可见光。

    （3）节能环保、安全性好

    节能环保，安全性好也是LED灯的一个非常有竞争力的优点，节能已经成为21世纪的一个热门话题，而LED灯正好迎合了这一点，它的光电转化效率很高，要比白炽灯和荧光灯高出很多。另外，LED灯的安全性也很高，并且很环保，这都是缘于LED灯发热量低；无热辐射、不含汞、钠元素等可能危害健康的有毒有害物质；采用直流供电，没有电磁干扰；机械强度高，耐震、耐冲击而不易破碎，具有可靠的高稳定性。

    （4）结构牢固、设计方便

    在众多LED众多的优点中，结构牢固，设计方便也是一个很典型的优点，这个优点主要表现为在实际生产中，LED灯很少会因为损坏而增加运输成本，它的体积小、重量轻，而且抗震能力强。另外，在照明的设计过程中可以逃脱传统的点、线光源的束缚，实现随意布局设计[2]。

    3 LED发光原理及电学特性

    （1）LED的发光原理

    LED是发光二极管的缩写，它是一种可将电能直接转化为光能的器件，而且转化效率很高，它的高效电转化能力源自它的正向导通、反向截止以及击穿特性，即在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区，就这样实现了电能和光能的转化。而且，通过对激发光波长的控制可以实现对光颜色的控制，LED的优势也由此得以展现。另外，在电能转化过程中，工作电压的大小可以影响LED的发光效果。通过这些发光原理就可以更好地控制LED。

    （2）LED的温度特性

    虽然LED不是一个温度敏感器件，但是也会受到温度的影响，当温度超过一定值，LED的牲能也会有所降低。在研究过程中发现，当温度发生一定的变化时，LED的正向电流也随之发生了变化，有时候甚至发生大幅度地变化，这种电流的变化会很大程度地影响LED的光转化效率[3]，所以说要想保证LED的光转化效率就需要保持合适的温度环境，做好必要的散热工作是必须的。

    （3）LED的光特性

    LED的光特性主要是以LED的发光原理为依据，即在LED两端加正向电压驱动时，少数载流子与多数载流子复合而产生光，如果想要增强光线的强度，就需要增加少数载流子与多数载流子的数量，也就是说LED的发光亮度与流过的正向电流是存在很大的正相关关系，当增加了LED的工作电流也就控制了它的发光亮度。

    4 功率因数校正技术分析

    在实际应用过程中，很多情况下都需要将交流电转化为直流电，而这个转化过程是一个相对复杂的过程，一般情况是需要采用全桥整流电路来实现，同时还需要通过二极管的整流作用，由于受到二极管的作用，交流输入电将完成对电容的充电过程，如果输入电压比储能电容低，电容将完成对负载的放电过程，这样就可以保证负载输出的稳定，这就是所谓的功率因数校正[3]。

    5 结语

    LED是新时代的一种非常受欢迎的光设备，给人们生活带来很大的便利，而且它的发展也迎合了节能、环保的世界发展主题，它的很多优点都是非常有竞争力的，为了将它的作用发挥到更大，就要加大对LED的研究力度，充分地利用LED所展现出的优势。

    参考文献：

    [1]杜松林，程行，王瑾.大功率LED驱动电路研究设计[J].电子技术.2011（06）：24-25.

    [2]阙斐一，陈名松，秦琳.新型大功率蓝光LED光源驱动电路设计[J].电子设计工程.2011（07）：34-36.

    [3]贾文超，沈建林.大功率LED驱动电源设计[J].科技创新与生产力. 2010（10）：21-23.