采用恒压供电还是恒流供电?LED灯电源探讨

作者 上海龙茂微电子有限公司 茅于海
浏览
发布时间 2010-03-03

现在有关这个问题有很多各种不同似是而非的说法,有人说:在LED的伏安特性上,电压定了,电流也就定了。所以采用恒压和恒流效果是一样的。有人说LED并联时就应该采用恒压电源供电,而LED串联时就应该采用恒流电源供电;有人说,因为LED是恒流器件,所以要用恒流源供电;有人说,采用市电供电时就应该采用恒压电源供电,采用蓄电池供电时,就应该采用恒流电源供电。至于为什么这样要求,似乎谁也说不明白。

那么,到底是应该采用恒压电源,还是恒流电源供电呢?

首先来看一下LED到底是什么样的器件。因为LED的亮度是和它的正向电流成正比,而且一些LED的结构决定了它的散热也就是功耗。所以大多数LED会给出额定电流,例如Φ5为20mA,1W的为350mA…等,但这并不等于LED只能工作于这些额定电流,更不意味着LED就是一个恒流器件。例如Cree的1瓦LED和3瓦LED是同一型号,电流从350mA加大到700mA,功率就从1W加大成3W,所以这个LED可以工作在350-700mA之间的任意值。

要深入了解这个问题首先要知道LED的伏安特性。

1.LED的伏安特性

LED的中文名字就是发光二极管,所以它本身就是一个二极管。它的伏安特性和一般的二极管伏安特性非常相似。只不过通常曲线很陡。例如一个20mA的草帽LED的伏安特性如图1所示。

采用恒压供电还是恒流供电?LED灯电源探讨

图1. 小功率LED的伏安特性

假如用干电池或蓄电池供电,那么因为LED伏安特性的非线性,很小的电压变化就会引起很大的电流变化,上图中电源电压在3.3V时正向电流为20mA的LED,如果用3节干电池供电,新的电池电压超过1.5V,3节就是4.5V,LED的电流就会超过100mA,很快就会烧坏。对于1W的大功率LED也是如此,图2是某公司1W的LED伏安特性,而一个12V蓄电池的电压,在充满电到快放完电的电压可以从14.5V降到10.5V。相差将近20%。从伏安特性上可以看出,电源电压的10%的变化(3.4V-3.1V),就会引起正向电流的3.5倍的变化(从350mA变到100mA)。

采用恒压供电还是恒流供电?LED灯电源探讨

图2. 1W大功率LED的伏安特性

2.伏安特性的温度系数

到现在为止,还有很多人以为LED电压定了,电流也就定了,所以采用恒压和恒流是一样的。实际上,LED的伏安特性并不是固定的,而是随温度而变化的,所以电压定了,电流并不一定,而是随温度变化的。这是因为是LED是一个二极管,它的伏安特性具有负温度系数的特点。

采用恒压供电还是恒流供电?LED灯电源探讨

图3. 伏安特性的温度特性

温度系数,通常是-2mV/度(-1.5—2.5mV/°C),也就是随着温度的升高,其伏安特性左移,假如所加的电压为恒定,那么显然电流会增加。而LED本身的效率很低,温升很高,加电以后,假如散热不好,其温度很容易上升到八、九十度以上。假定采用3.3V恒压源常温下工作在20mA,而温度升高到85度时,电流就会增加到35-37mA,而其亮度并不增加。电流增加只会使它的温升更高,这样就会增加光衰,降低寿命。

而且如果不用恒流源而用恒压源供电时,常温下工作在20mA时,到了-40度时,电流就会降低至8-10mA,亮度会降低。
对于1W的大功率LED芯片,情况也是一样,而且由于功率大,散热更不容易,温升问题更加严重。而且,根据Cree公司的datasheet,它的 XLamp7090XR-E大功率LED的温度系数高达-4mV/°C,这个问题也就更加突出了。
可以说,除了散热问题以外,采用恒压电源供电是引起光衰的主要原因。所以原则上来说,LED是禁止采用恒压电源供电的。

3. 用恒压电源以后能不能靠串联电阻来稳定电流?

串联电阻只有限流的作用,也就是如果电源电压比LED串联以后的电压还要高,那么就需要串联电阻来限流,以免损坏 LED。但是如果想要用串联电阻来减小温度的影响,它的作用是很小的,这可以从伏安特性上看出,串联电阻以后的确可以减小温升带来的电流升高,电阻越大,电流随温度变化越小,但是只是减小,并不能消除。而且很明显,电阻将带来额外的功耗,使得LED的总体效率降低。假定所用的LED为1W的LED,其电流为0.35A。假定串联的电阻为100欧姆,所消耗的功率就高达12.25W显然是不能接受的,即使把电阻降低到10欧姆,其功耗仍然有1.225W。 比LED本身的功耗还要大。为了减小这种功耗,就必须把电阻再减小。然而,减小电阻的结果是使得由温升所引起的电流变化还是照样加大。所以,串联电阻决不是一个好办法。

采用恒压供电还是恒流供电?LED灯电源探讨

图4. 串联电阻只能减小温度的影响,而不能消除其影响

4.几个LED并联,能不能用恒压电源?

由于LED伏安特性的离散性,不但不同厂家生产的同样瓦数的LED伏安特性不一样,就是同一厂家生产的同一型号的LED其伏安特性也是不同的。

采用恒压供电还是恒流供电?LED灯电源探讨

图5. 不同厂家和同一厂家生产的LED伏安特性的离散性

很明显,假如用恒压电源3.4V供电,显然流过每个LED的电流都不一样,每个LED的亮度也就不一样。所以不能采用恒压电源供电。

5. 多个LED并联后,采用恒压电源供电,能不能用不同的串联电阻来使电流平衡?

在常温下是可以的,但在温升以后就不能保持了。图6中就显示了这个问题,常温下的LED伏安特性以实线表示,两个LED的伏安特性在斜率上略有区别,在用恒压电源Vo供电时,选用不同的电阻,可以得到同样的正向电流Io。但是当温度升高时,其伏安特性左移,如虚线所示。因为还是原来的恒压和原来的电阻,此时的电流却变成了I1和I2。不等于原来的Io了。

采用恒压供电还是恒流供电?LED灯电源探讨

图6. 串联电阻可以在常温下保持其电流不变,但在温升以后就不能保持电流平衡。

12下一页
电子爱好者 DIANZIAIHAOZHE.COM