LED灯驱动工作原理

半导体发光二极管基本知识

LED灯驱动工作原理

LED 照明灯具在近期得到飞跃的发展，LED 作为绿色环保的清洁光源得到广泛的认可。LED 光源使用寿命长、节能省电、应用简单方便、使用成本低，因而在LED 手电筒、LED 矿灯及便携照明；在建筑照明、装饰照明、标识牌照明；在汽车的仪表板背光、前后雾灯、第三刹车灯、方向灯、尾灯；以及在家庭照明都会得到海量的应用，欧司 朗光学半导体公司2008 年调查统计，全球每年家庭照明灯座出货量约为500 亿个。

LED 光源的技术日趋成熟，每瓦发光流明迅速增长，促使其逐年递减降价。以1W LED 光源为例，2008 年春的价格已是2006 年春的价格三分之一，2009 年春将降至2006 年的四分之一。

LED 绿色灯具的海量市场和持续稳定数年增长需求将是集成电路行业继VCD、DVD、手机、MP3 之后的消费电子市场的超级海啸！LED 灯具的高节能、长寿命、利环保的优越性能获得普遍的公认。LED 高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03瓦-1 瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。

LED 长寿命：LED 光源被称为长寿灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达5 万到10 万小时，比传统光源寿命长10 倍以上。

LED 利环保：LED 是一种绿色光源，环保效益更佳。光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于 典型的绿色照明光源。

照明用LED 光源的VF 电压都很低，一般VF =2.75-3.8V，IF 在15-1400mA；因此LED 驱动IC 的输出电压是VF X N 或VF X 1, IF 恒流在15-1400mA。LED灯具使用的LED 光源有小功率（IF=15-20mA）和大功率（IF>200mA））二种，小功率LED 多用来做LED 日光灯、装饰灯、格栅灯；大功率LED 用来做家庭照明灯、射灯、水底灯、洗墙灯、路灯、隧道灯、汽车工作灯等。功率LED 光源是低电压、大电流驱动的器件，其发光的强度由流过LED 的电流大小决定，电流过强会引起LED 光的衰减，电流过弱会影响LED 的发光强度，因此，LED的驱动需要提供恒流电源，以保证大功率LED 使用的安全性，同时达到理想的发光强度。在LED 照明领域，要体现出节能和长寿命的特点，选择好LED 驱动IC 至关重要，没有好的驱动IC 的匹配，LED 照明的优势无法体现。

1、 LED 工作的主要参数是VF、IF，其它相关的是颜色/色温/波长/亮度/发光角度/效率/功耗等。LED 是一个P-N 结二极管，只有施加足够的正向电压才能传导电流。VF 正向电压是为LED 发光建立一个正常的工作状态，IF 正向电流是促使LED 发光，发光亮度与流过的电流成正比例。LED VF 标称电压：3.4V± 0.2V 。

2、LED IF 工作电流按应用需要选用，各档不能混用。LED 灯用各档LED 电流：大功率照明用LED 其封装从成品来看是单颗芯片的，其实是用N 颗LED管芯封装在一个单位里的。它们的排列组合是串并联，它们是N 个串联，再N个并联，然后由二点联接电源。选用时要特别注意它的VF 和IF。 LED 灯具驱动原理

LED 灯具驱动需要先将高压的交流电变换成低压的交流电（AC/AC），然后、将低压的交流电经桥式整流变换成低压的直流电（AC/DC），再通过高效率的DC /DC 开关稳压器降压和变换成恒流源，输出恒定的电流驱动LED 光源。LED光源是按灯具的设计要求由小功率或大功率LED 多串多并而组成。每串的IF 电流是按所选用的LED 光源IF 要求设计，总的正向电压△VF 是N 颗LED 的总和。LED 灯具选用36V 以下的交流电源可以考虑非隔离供电，如选用220V 和100V 的交流电源应考虑隔离供电。

3、目前 MR11、MR16 射灯、水底灯、洗墙灯、路灯、隧道灯、汽车工作灯等LED 灯具大多选用散热较好的自带铜基或铝基板的1W、3W 大功率LED 光源，使用AC/DC12-36V 电源，因而需要使用DC/DC 的降压（Buck）+ 恒流给LED提供VF 和IF。LED 灯具大多使用低压电源，因此在这类灯具的电路设计上，LED的串联个数在1-9 颗，尤以1-3 颗为常见。串联的总△VF 应低于电源Vin。如三颗LED 串联，△VF=3.4V X 3=10.2V。在Vin>12V，能正常工作。MR11、MR16射灯常见的是1W X 3 串联或3W X 1；水底灯常见的是1W X 3 串联2-3 并，三个一组；洗墙灯常见的是1W X 7-9 串联；路灯常见的是1W X 9 串联3 并，4--6个一组；、汽车工作灯常见的是1W X 3-6 串联3 并。当然LED 的串并联的方案是多种多样的，串联个数与其工作电压（Vin）有关，这里就DC12-36V 工作电压而言。目前1W 的LED 光源散热较好，因此选用较多。

LED 灯具对低压驱动芯片的要求

1）驱动芯片的标称输入电压范围应当满足 DC5-40V，以覆盖应用面的需要，耐压如能大于40V 更好；AC 12V 或24 V 输入时简单的桥式整流器输出电压会随电网电压波动，特别是电压偏高时输出直流电压也会偏高，驱动IC 如不能适应宽电压范围，往往在电网电压升高时会被击穿，LED 光源也因此被烧毁。

2）驱动芯片的标称输出电流要求大于1.2-1.5A，作为 照明用的LED 光源，1W功率的LED 光源其标称工作电流为350mA，3W 功率的LED 光源其标称工作电流为700mA，功率大的需要更大的电流，因此LED 照明灯具选用的驱动IC 必需有足够的电流输出，设计产品时必需使驱动IC 工作在满负输出的70-90%的最佳工作区域。使用满负输出电流的驱动IC 在灯具狭小空间散热不畅，容易疲劳和早期失效。

3）驱动芯片的输出 电流必需长久恒定，LED 光源才能稳定发光，亮度不会闪烁；同一批驱动芯片在同等条件下使用，其输出电流大小要尽可能一致，也就是离散性要小，这样在大批量自动化生产线上生产才能 有效和有序；对于输出电流有一定离散性的驱动芯片必选在出厂或投入生产线前分档，调整PCB 板上电流设定电阻（Rs）的阻值大小，使之生产的LED 灯具恒流驱动板对同类LED 光源的发光亮度一致，保持最终产品的一致性。

4）驱动芯片的封装应有利于驱动芯片管芯的快速散热，如将管芯 （Die）直接绑定在铜板上，并有一Pin 直接延伸到封装外，便于直接焊接在PCB 板的铜箔上迅速导热如在一个类似4X4mm 的硅片管芯上，要长时间通过300-1000mA 的电流，必然有功耗，必然会发热，芯片本身的物理散热结构也是至关重要的。

5） 驱动芯片本身的抗 EMI、噪音、耐高压的能力也关系到整个LED 灯具产品能否顺利通过CE、UL 等认证，因此驱动芯片本身在设计伊始就要选用优秀的Die塑封铜板

6） 驱动芯片自身功耗要求小于 0.5W，开关工作频率要求大于120Hz，以免工频干扰而产生可见闪烁是一颗可应用于多种LED 灯具驱动的芯片，如路

半导体发光二极管基本知识

灯、水底灯、洗墙灯、泛光灯、隧道灯、汽车工作灯等。简单实用低成本LED 灯具方案。可将3- 9 颗1W LED 串联，其ΔVF=3.4 V X N， IF=350mA 。当 Vin=12VDC时，3 颗LED 串联， ΔVF=10.2V，工作效率较佳。并可3 串并联应用，ΔIF=3 X350mA=105LED

结合Bipolar高压和BCD高压制程工艺的XL4001、XL4002、XL4101、XL4102产品，输入电压可以做到5V-40V，具有恒流， 恒压功能，内置过压、过流、短路、过温保护。针对LED驱动、MR16驱动(1W/3W LED 最高到10颗串联)的市场应用，外围电路简单、性能稳定。持续恒流源输出，最大电流可以做到3A。52kHz 的固定开关频率 .输入/输出电压变化时,负载电流变化范围在± 1%之内. 串接多个LED 时,效率可以达到80%～95%.过温保护(120摄氏度)

HVBCD的工艺的高压，大电流，恒流LED升压驱动IC有XL6003、XL6005、XL5002。可以支持16串1W/3W LED串联使用。

XL6003 是一颗突破传统电路拓扑结构,结合HVBCD工艺,大电流,高压DC/DC升压恒流LED驱动IC,

(1)它具有较宽的直流3.6V到36V输入电压范围(低压可以兼顾锂电供电)

(2)最高升压可到42V,可驱动串联12颗1W LED(同比其它品牌多驱动4~5颗LED)

XL6003最高可以12个LED灯串联，市场其它最高输出只能够8个LED灯串联。

(3)大电流1050mA持续电流输出,可驱动1W LED12串3并或3W LED12串

(4)EN脚可实现PWM调光,且自带软启动功能

(5)低至0.2V参考电压,可以有效提高系统效率

(6)输出42V过压保护功能 .内置过热保护功能

优势：宽电压输入，大电流输出，外围电路简单。XL6003应用简单,普通DC/DC升压拓 扑结构,效率高达92%,适用于基于LED的汽车、路灯、 太阳能灯及LED背光驱动的应用.

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