通過學(xué)習(xí)鎮(zhèn)流器電阻器基礎(chǔ)知識(shí)來提高LED照明性能

 鎮(zhèn)流電阻之類的小型組件如果適當(dāng)指定并且LED偏向*佳工作狀態(tài)，則可能會(huì)對(duì)SSL設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大影響。

指定電阻器似乎很容易，但是對(duì)于許多用途而言，必須理解應(yīng)用程序要求的各個(gè)方面。在大功率LED照明等新興市場(chǎng)中尤其如此。

對(duì)LED和SSL設(shè)計(jì)的文章和公告感興趣？

本文將研究LED的工作方式以及如何正確偏置LED以實(shí)現(xiàn)*佳照明性能。本文還將探討LED的工作特性，以找到照明裝置的*佳拓?fù)?，以及如何串?lián)驅(qū)動(dòng)LED更有效率。這將顯示出溫度穩(wěn)定性在*大化輸出，保持色彩規(guī)則，增強(qiáng)可靠性和延長(zhǎng)使用壽命方面的重要性。

對(duì)基于LED的固態(tài)照明（SSL）偏置背后的原理的理解將表明，鎮(zhèn)流電阻將負(fù)責(zé)消耗幾瓦特的功率。要執(zhí)行此任務(wù)，需要一個(gè)可能需要散熱的貼片電阻器，即所謂的大功率貼片電阻。此要求使設(shè)計(jì)復(fù)雜化，但對(duì)于LED的*佳操作是必需的。

重要的是要在理論實(shí)例的基礎(chǔ)上展示實(shí)際的解決方案。對(duì)于這些實(shí)際示例，本文將使用電阻器制造商和供應(yīng)商Riedon的電阻器。突出顯示的主要范圍是UT系列線繞電阻，其功耗可高達(dá)13W，而PF功率膜范圍，其功耗可高達(dá)20W。對(duì)于需要散熱的應(yīng)用或表面安裝，還將提供其他選擇。

LED的工作和偏置

LED是一種半導(dǎo)體，其工作原理與任何其他類型的二極管類似，不同之處在于，當(dāng)在pn結(jié)兩端施加電流時(shí)，會(huì)發(fā)出光。為了使LED發(fā)光，直流電源必須在LED結(jié)上提供正向偏置電壓。

專為照明應(yīng)用而設(shè)計(jì)的LED通常在3V左右的電壓下工作。隨著電壓的升高，LED會(huì)吸收更高的電流。但是，此較高的電流并不等于等量的附加光，因?yàn)樵撾娏髋c光通量的關(guān)系（光測(cè)量）也是非線性的。

為了有效地獲取更多的光，需要添加更多的LED，而不是更多的電流?？紤]到這些要求，應(yīng)限制流過LED的電流，以保持LED*佳工作。傳統(tǒng)的方法（簡(jiǎn)單）是通過歐姆定律并串聯(lián)使用電阻，如圖2所示。

IF =（VDC – VF）/ R

其中IF =正向電流，VDC =電源電壓，VF =正向電壓，R =鎮(zhèn)流電阻。

LED可以通過整流器轉(zhuǎn)換并平滑的電源電壓直接操作，但是電源電壓值將比LED偏置電壓所需的電壓值高很多倍。與LED中有效使用的鎮(zhèn)流器相比，鎮(zhèn)流器電阻會(huì)浪費(fèi)大量的功率。LED可以串聯(lián)連接，這將產(chǎn)生許多獨(dú)立的電壓降。這使電路效率更高，但終，鎮(zhèn)流電阻會(huì)浪費(fèi)大量的總電路功率。

*大化電路效率的一種方法是使用電源，該電源的輸出專門設(shè)計(jì)用于為L(zhǎng)ED供電。這些電源采用干線交流輸入，并輸出直流信號(hào)，該信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)單個(gè)LED，或者更常見的是可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)60V電壓的一串LED。即使我們看作為直接替代白熾燈泡的“ 60W” LED配件，其原理也是一樣的。這些配件具有集成的驅(qū)動(dòng)器電路，該電路采用交流電源，并轉(zhuǎn)換為直流以為L(zhǎng)ED供電。此技術(shù)還有助于連接并聯(lián)的LED或燈串。這些并聯(lián)電路中的每一個(gè)都將需要自己串聯(lián)的鎮(zhèn)流電阻器來調(diào)節(jié)電流。

選擇正確的鎮(zhèn)流電阻器在運(yùn)行偏置電路編號(hào)和LED特性之后，可以通過幾個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算來選擇鎮(zhèn)流電阻器。如果電路中有六個(gè)串聯(lián)的LED串，每個(gè)LED的正向電壓要求為3V，而我們的電源為24 VDC，則鎮(zhèn)流電阻的壓降為6V。如果正向電流為350 mA，則電阻值可計(jì)算為：

R =（VDC – 6×VF）/ IF =（24 – 6×3）/ 0.35 =17.1Ω

電阻消耗的功率：

P = V×I = 6×0.35 = 2.1瓦

到現(xiàn)在為止還挺好?，F(xiàn)在，我們有了滿足電路需求所需的基本規(guī)格。但是，在實(shí)際選擇物理設(shè)備之前，深入了解一下我們的假設(shè)是否每次都成立是有幫助的。當(dāng)20V就足夠并且浪費(fèi)更少的功率時(shí)，為什么電路需要24V輸出？這可能只是由于公差。在實(shí)際操作中，電源的輸出容差為±5％。盡管LED的特性可能會(huì)影響電路，但大多數(shù)變化將在于電阻兩端的壓降。在上面的示例中，容差可能導(dǎo)致電源電壓增加1.2V，電流增加50mA至400mA，這對(duì)于電路來說并不難。如果我們使用20V電源，則電壓可能會(huì)升高到1V，

其他可能影響汲取電流的事件是電阻或LED值的變化。在設(shè)計(jì)整個(gè)電路時(shí)，必須考慮到簡(jiǎn)單電路的每個(gè)元件都可以改變其值的事實(shí)。如果消耗不成比例的電流，則可能導(dǎo)致LED結(jié)中的溫度升高。如本文前面所述，多余的電流不會(huì)有效地轉(zhuǎn)換為光，而較高的溫度會(huì)降低LED的可靠性以及其使用壽命。

不僅會(huì)影響LED的使用壽命，還會(huì)影響LED的使用壽命。電流和溫度的變化也會(huì)影響光輸出的色度或色調(diào)，這對(duì)于照明電路可能更為重要。

許多LED照明電路都需要調(diào)光，這可以通過改變驅(qū)動(dòng)電流來實(shí)現(xiàn)，但這在輸出色度變化方面也存在相同的缺點(diǎn)。更常見的是，在偏置電流上使用脈寬調(diào)制（PWM）進(jìn)行調(diào)光。LED使用矩形波形驅(qū)動(dòng)，該矩形波形以太高的頻率（人眼無法看到）打開和關(guān)閉（100 kHz或更高）。這種調(diào)光方式還可以節(jié)省功率。當(dāng)周期高時(shí)，LED被饋入標(biāo)稱電流，而當(dāng)周期低時(shí)，僅消耗很少的功率。如果電路要使用PWM進(jìn)行調(diào)光，則鎮(zhèn)流電阻必須是無功的。

用于LED鎮(zhèn)流器的電阻器

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，LED的正向電流額定值是重要的特性。傳統(tǒng)上，常使用350mA的LED，盡管近700mA，1A和1.5A的正向電流LED變得越來越流行。在本文前面的示例中，證明了一個(gè)耗散略高于2W的電阻就足夠了。具有更高正向電流額定值的LED將需要一個(gè)額定值為10W的電阻。

可以用于鎮(zhèn)流器的一種電阻器是常見的軸向繞線電阻器。這種類型的電阻器具有不錯(cuò)的功率能力，低容差，低TCR（電阻溫度系數(shù)），并且能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)正常工作。Riedon的線繞電阻器的UT系列是此類設(shè)備的一個(gè)很好的例子。該范圍內(nèi)的設(shè)備可以處理高達(dá)13W的功率，并在很低的TCR的很寬的溫度范圍內(nèi)（-55oC至+ 250oC）工作。如果電路使用的LED要求更高的功耗，或者保持溫度穩(wěn)定很重要，那么Riedon的鋁制線繞功率電阻器UAL系列的額定功率應(yīng)超過50W。

線繞電阻器的電感可能會(huì)比某些PWM電路可接受的電感大，但近來通常使用無感繞組技術(shù)。PWM應(yīng)用的另一個(gè)潛在選擇是薄膜電阻器。例如，Riedon的PF系列具有低電感電阻，這些電阻具有不同的封裝類型，可滿足各種電源需求。TO-126封裝的*大功率為20W，TO-220封裝的*大功率為50W。如果需要貼片電阻器，則PFS系列可以處理35W。