LED的特性及驅動電源的發展趨勢初探

姜忠齡 宋婧婧 孫曉智

摘要：LED作為一種新光源，與傳統光源不同的是它更環保，光線更清晰和透光性好，在照明領域越來越受到矚目。市場需求使LED所采用的驅動電源的要求也在不斷提高。基于此本文主要探討LED驅動特性和分析當今驅動電源現狀，展望LED產業的發展趨勢。

關鍵詞：LED；驅動電源；照明

1 LED特性及驅動電源配置

1.1 LED照明特性及工作原理

LED驅動電源對于LED燈的作用，是把電線的交流電轉化為低壓直流電，是LED照明的核心技術，LED驅動電源的好壞決定了LED照明的質量。LED對于直流電電壓不能太高，特別是我國220V高電壓的供電網絡中，更是考驗了驅動電源對高伏交流電的轉換功能和效率。早在1965年第一個LED就已誕生，然而限于大規模集成電路和電子技術的落后，LED未能普及開來。

LED驅動電源技術隨著時代發展而完善，為推出更節能、發熱量更小、光源更均勻的LED照明系統成為可能，隨著驅動電源技術的發展，將極大促進LED產業鏈的繁榮，這為取代傳統照明系統的實現具有可能性。[1]

LED是單向導電器件，因此需要直流電為其供電，而驅動電源在整個LED照明系統中起著轉換交流電為直流電的作用；同時LED又是PN結構的半導體器件，基于此特點它具有勢壘電勢的特點，從而形成在電傳導的限電壓，只要LED通過的電壓超過限電壓才會允許電流流通。其門限電壓通常是2.5V上下，工作電壓是4～5V左右。同時LED照明系統的電流呈現著非線性的特點，流經電流等同于勢壘電勢下減去總電阻的電流。

1.2 驅動電源配置

LED因其驅動電源轉換交流電為直流電的特點，在LED驅動類型上又可分為直流電供電和交流電供電兩大驅動方式。

1.2.1直流電驅動

直流供電主要應用于小型照明設備，如手電筒、充電式照明設備，提供直流電的來源是太陽能電池、干電池等電壓較小的電池。直流供電的特點就是低電壓驅動，例如一節干電池，其電壓一般在0.7～1.71V左右，因此LED在利用干電池功能時，還要通過增高電壓使其達到照明的額定電壓值。因此在設計低壓供電的LED照明設備上，要綜合最低的供電成本并相對高的增高電壓的效率。

高電壓驅動，是指對LED照明設備的供電電壓始終高于LED管壓降，應用此驅動方式的照明設備主要是機動車燈、路燈、草坪燈等。此驅動方式要解決好降壓問題，使其達到LED的管壓降。[2]

1.2.2交流電驅動

這種驅動方式也是家用照明最普遍也最常見的LED照明的驅動方式，因為家用電壓高達220V，所以對LED驅動電源的轉換直流電效率和降電壓要求較高。

交流電驅動LED照明，要經過以下幾個階段：降低電壓、整合電流、穩定電流，因此交流電才能轉變成LED所適合的工作電流，交流電驅動方式要考慮縮小、降低其驅動電源的體積和成本，此外還要做好安全隔離等工作。

2 LED電源驅動發展現狀及趨勢

2.1 LED電源驅動現狀

LED照明在節能方面的特性及其相關優點，勢必會取代傳統照明，能夠極大改善資源浪費的現象。盡管LED有諸多的優點，但是在發展其產業鏈上也碰到了許多問題，比如LED有著低電壓直流電驅動的要求，對于我國生活用電220V的交流電來說，需要為其設計2～3V的驅動變換電路，此外不同種類的LED種類，就需要為其設計和適配相關的變換電路，無形中加大了LED的生產成本。我國是制造業大國，LED照明設備自然也向外國出口，但是外國的生活用電電壓和我國用電電壓不一定相同都是220V，例如美國生活用電電壓為110V，因此LED廠商又要為此設計相應的變換電路，使得生產成本隨之增加。

2.2 LED產品市場需求

盡管LED有生產和兼容性的問題，但國際市場對LED產品的需求量卻并未因此減少，特別是2009年世界經濟因金融危機而陷入低迷，歐美國際市場對于高端LED產品仍有極大的需求量。2017年我國LED芯片企業仍在不斷擴張，其市場規模已達到189億元，占據著全球LED芯片市場份額的54%。

2.3 發展趨勢

LED具有環保、使用壽命長的特點，理論上LED持續照明能達到416天左右，然而在應用的實際過程中，受設計和驅動方式等因素的影響，LED產品又較為容易受破壞。

因此LED生產廠商在照明產品設計上采用阻、容降壓的方式，借此達成穩定電壓向LED供電，然而此方式具有轉換效率低的特點，降電壓過程中需要消耗相對多的電能，甚至會造成消耗電能過多而不足以供應LED的照明用電量需求。

為了改善LED采用阻、容降壓方式的弊端，改良做法是先穩定交流電的恒定電壓，然后通過線性恒流整合，確保電壓能適度負載，按照LED不同的管壓降3～3.6V之間的要求，乘以3V計算出最低電壓值，界定出最終要調整的電壓范圍。

LED產品具有使用壽命長的特點，但是LED驅動電源卻有著壽命短的特性，造成這原因的關鍵是電解電容與工作溫度關系，在溫度75℃時，電容量會因為電解液蒸發而使用壽命下降為208～416天之間，具體下降多少取決于當時電解電容的工作溫度，因此在采用無電解電容的照明方案成為LED廠商發展的新方向，主要體現在IC和電壓陶瓷電容替代電解電容。未來LED驅動電源的發展方向將集中在改善驅動電源壽命短、轉換效率等方面。

3 結論

綜合上述，LED產品具有使用壽命長的特點，但是限于驅動電源在相關技術的限制，在220V生活用電條件下使用還存在相應缺陷，因此對驅動電源的改良將是LED產業下一步的重要發展方向。

參考文獻：

[1]李川.LED驅動電源可靠性研究與燈具壽命評估[D].廈門理工學院，2017.

[2]蔣天堂.LED的特性及驅動電源的發展趨勢[J].照明工程學報，2011，22（03）：5860.

作者簡介：姜忠齡（1984），男，漢族，遼寧大連人，本科，2006年7月畢業于大連理工大學，自動化專業，2006年7月起就職于松下冷鏈（大連）有限公司，工程師，研究方向：自動化控制。