LED的关键特性

  • 电压非线性,电压0-2.5V不发光,2.5V逐渐开始发光,到3.4V时发光最亮。电压继续上升,很快就会烧坏。所以LED工作在很窄的前向电压范围内。

  • 发光强度与流经的电流大致成正比

  • 每一个LED的前向电压都不完全相同。 即使是同一个供应商的同一批物料,也会存在着差异。在前向电流150mA的情况下,前向电压范围从最小2.8V到最大3.4V。绝大多数供应商在LED制作过程中都先按LED颜色来分类,很多相同颜色的LED可能来自于不用的批次

  • 前向电压会随着环境温度的变换而变换。一般是在相同的电流下,温度越高,所需的电压会下降

LED驱动中往往是用恒流源而非恒压源。恒流源作为LED驱动电源有很明显的优势。

  • 在一个串联LED电路中,即使LED的前向电压有所差异,相同的电流使他们的亮度基本相同
  • 当温度变化时,恒流源自动调节保持输出电流恒定,从而保证LED发光强度恒定。而恒压源10%的电压波动很可能造成50%的电流波动
  • 当串联LED时,任何一个LED不会过载。且任何一个LED短路,其他LED继续正常工作

恒流

  • 开关恒流源

    采用变压器将高压变为低压,并进行整流滤波,以便输出稳定的低压直流电。开关恒流源又分隔离式电源和非隔离式电源,隔离是指输出高低电压隔离,安全性非常高,所以对外壳绝缘性要求不高。非隔离安全性稍差,但成本也相对低

  • 线性IC电源

    采用一个IC或多个IC来分配电压。缺点是输出高压非隔离,有频闪,要求外壳做好防触电隔离保护。

  • 阻容降压电源

    采用一个电容通过其充放电来提供驱动电流。在电压波动时及容易烧坏LED,同时输出高压非隔离。功率高的产品,输出电流大,电容不能提供大电流,否则容易烧坏。阻容降压电源远远达不到(一般在0.2-0.3之间)0.7的功率因数要求,所以高功率产品不宜采用阻容降压电源。

PWM调光

PWM调光是一种利用简单的数字脉冲,反复开关LED驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲,即可简单地实现改变输出电流,从而调节LED的亮度。PWM调光的优点在于调光范围大,只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码,PWM调光可以在精确控制LED的亮度的同时,也保证LED发光的色度。

控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲的等值电压为正弦波形,所获得的输出平滑且低次谐波少。

LED是一个二极管,它可以实现快速开关,速度可以高达微利以上,是任何发光器件所无法比拟的。因此,只要把电源改成脉冲恒流源,用改变脉冲宽度的方法,就可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制(PWM )调光法。

实现PWM调光的方法就是在LED的负载中串入一个MOS开关管,这串LED的阳极用一个恒流源供电。然后用一个PWM信号加到MOS管的栅极,以快速地开关这串LED。从而实现调光。也有不少恒流芯片本身就带一个PWM的接口。可以直接接受PWM信号,再输出控制MOS开关管。

半导体材料 发光颜色
砷化镓 (GaAs) 红外(IR)
磷化镓 (GaP) 红色
氮化镓 (GaN) 蓝色,绿色,白色
氮化铟镓 (InGaN) 蓝色、绿色、紫外线
碳化硅(SiC) 蓝绿
硫化锌 (ZnS) 黄色,橙色
磷化铝镓铟 (AlGaInP) 红色、橙色、黄色

电源类型分类

  • 按输出类型分类

    • 交流电源(AC Power Supply)

      • 输出为交流电(AC),常见于家庭和工业电力分配系统。

      • 特点:电压和电流方向周期性变化。

      • 应用:家庭电器、工业设备、家用电源插座。

    • 直流电源(DC Power Supply)

      • 输出为直流电(DC),电压和电流方向不变。

      • 应用:电池供电设备、电子元件、电动工具、电气控制系统。

  • 按工作原理分类

    • 线性电源(Linear Power Supply)

      • 使用变压器降压后,通过整流、滤波和稳压电路输出稳定的直流电。

      • 特点:输出稳定、噪音小、设计简单。

      • 缺点:效率低,散热大,体积较大。

      • 应用:精密仪器、音响系统、低噪声应用。

    • 开关电源(Switching Power Supply, SMPS)

      • 通过高频开关电路实现电能转换,包括升压、降压、反向等功能。

      • 特点:效率高、体积小、重量轻。

      • 缺点:电磁干扰(EMI)较大,设计复杂。

      • 应用:计算机电源、电视机、充电器、LED驱动电源。

  • 按功能分类

    • 稳压电源(Regulated Power Supply)

      • 输出电压和电流是稳定的,能够自动调节以应对负载变化。

      • 适用于对电压要求严格的电子设备。

    • 非稳压电源(Unregulated Power Supply)

      • 输出电压随负载的变化而变化,没有自动调节机制。

      • 通常用于对电压要求不高的设备。

    • 可调电源(Adjustable Power Supply)

      • 输出电压和/或电流可以调节,适用于多种应用场合。

      • 应用:实验室电源、测试设备。

    • 电池电源(Battery Power Supply)

      • 通过电池提供电力,通常用于便携设备。

      • 应用:手机、手电筒、电动工具。

  • 按转换方式分类

    • AC-DC 电源

      • 将交流电(AC)转换为直流电(DC)。

      • 应用:电池充电器、笔记本电源适配器、家用电器。

    • DC-DC 电源

      • 将一种直流电压转换为另一种直流电压。
      • 应用:电池电压升降、通信设备、嵌入式系统。
    • AC-AC 电源

      • 将一种交流电压转换为另一种交流电压。

      • 应用:电压变换器、电气设备。

  • 按输出特性分类

    • 单输出电源

      • 只有一个输出端口,适用于只需要单一电压的设备。

      • 应用:家电、电视、电动工具。

    • 多输出电源

    • 具有多个输出端口,可以提供多个不同电压,适用于复杂电路或多电压需求的设备。

    • 应用:计算机电源、通信设备、实验室电源。

  • 其他特殊类型

    • 高压电源

      • 用于需要高电压输出的设备,例如电子加速器、X射线机等。
    • 低压电源

      • 用于低电压输出的设备,适用于电子实验和低功耗设备。
    • 防爆电源

      • 设计用于具有爆炸危险的环境,具有特殊的外壳和保护措施。

      • 应用:石油化工、电力设备、危险环境。

    • 无线电源

      • 通过无线方式传输电能,例如无线充电技术。

      • 应用:手机无线充电、智能手表充电。

整流(Rectification)滤波(Filtering)

整流是将交流电(AC)信号转化为脉动直流电的过程。常见的整流方式有:

  • 半波整流(Half-wave Rectification)

    • 原理:只使用一个半周期的正向信号,将交流电中的负半周期“切掉”。结果是输出的直流电流是不连续的、间歇性的。只有一半的周期有电流流动,形成脉动直流。
    • 电路组成:一个二极管和一个负载电阻。
    • 电路构建方式
      • 三相半波整流电路
  • 全波整流(Full-wave Rectification)

    • 原理:利用两个或更多的二极管,使得交流信号的正负半周期都能被转换为直流电流,输出电流更加平滑。常用的是桥式整流(四个二极管组成的桥式电路)

    • 电路构建方式

      • 单相桥式整流电路:使用一个标准变压器,四个二极管排列成一个电桥
      • 中心抽头全波整流电路:使用一个中心抽头变压器和两个二极管
    • 三相全波整流电路

整流器的效率主要决定整流器将AC(交流电)变为DC(直流电)的能力。整流器的效率可以定义为;它是 DC o/p 功率和 AC i/p 功率的比值。桥式整流器的最大效率为 81.2%。

  • 电容滤波
  • 电感滤波
  • LC滤波
  • π型LC滤波
  • π型RC滤波

滤波(Filtering)滤波的目的是将整流后产生的脉动直流电平滑为稳定的直流电。常见的滤波方法有:

  • 电容滤波:使用电容器来平滑脉动直流电。电容会在电流波动时充放电,从而减少波动幅度,输出相对稳定的直流电。

  • 电感滤波:使用电感器来平滑电流。电感能够抑制电流的变化,保持更平稳的输出。

  • LC滤波:将电感与电容结合使用,进一步优化滤波效果,通常用于需要更高稳定性直流电的电源设计。

参考

Copyright Curiouser all right reserved,powered by Gitbook该文件最后修改时间: 2025-02-02 19:07:44

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