LED的特性及驱动电源的发展趋势初探

姜忠龄 宋婧婧 孙晓智

摘要：LED作为一种新光源，与传统光源不同的是它更环保，光线更清晰和透光性好，在照明领域越来越受到瞩目。市场需求使LED所采用的驱动电源的要求也在不断提高。基于此本文主要探讨LED驱动特性和分析当今驱动电源现状，展望LED产业的发展趋势。

关键词：LED；驱动电源；照明

1 LED特性及驱动电源配置

1.1 LED照明特性及工作原理

LED驱动电源对于LED灯的作用，是把电线的交流电转化为低压直流电，是LED照明的核心技術，LED驱动电源的好坏决定了LED照明的质量。LED对于直流电电压不能太高，特别是我国220V高电压的供电网络中，更是考验了驱动电源对高伏交流电的转换功能和效率。早在1965年第一个LED就已诞生，然而限于大规模集成电路和电子技术的落后，LED未能普及开来。

LED驱动电源技术随着时代发展而完善，为推出更节能、发热量更小、光源更均匀的LED照明系统成为可能，随着驱动电源技术的发展，将极大促进LED产业链的繁荣，这为取代传统照明系统的实现具有可能性。[1]

LED是单向导电器件，因此需要直流电为其供电，而驱动电源在整个LED照明系统中起着转换交流电为直流电的作用；同时LED又是PN结构的半导体器件，基于此特点它具有势垒电势的特点，从而形成在电传导的限电压，只要LED通过的电压超过限电压才会允许电流流通。其门限电压通常是2.5V上下，工作电压是4～5V左右。同时LED照明系统的电流呈现着非线性的特点，流经电流等同于势垒电势下减去总电阻的电流。

1.2 驱动电源配置

LED因其驱动电源转换交流电为直流电的特点，在LED驱动类型上又可分为直流电供电和交流电供电两大驱动方式。

1.2.1直流电驱动

直流供电主要应用于小型照明设备，如手电筒、充电式照明设备，提供直流电的来源是太阳能电池、干电池等电压较小的电池。直流供电的特点就是低电压驱动，例如一节干电池，其电压一般在0.7～1.71V左右，因此LED在利用干电池功能时，还要通过增高电压使其达到照明的额定电压值。因此在设计低压供电的LED照明设备上，要综合最低的供电成本并相对高的增高电压的效率。

高电压驱动，是指对LED照明设备的供电电压始终高于LED管压降，应用此驱动方式的照明设备主要是机动车灯、路灯、草坪灯等。此驱动方式要解决好降压问题，使其达到LED的管压降。[2]

1.2.2交流电驱动

这种驱动方式也是家用照明最普遍也最常见的LED照明的驱动方式，因为家用电压高达220V，所以对LED驱动电源的转换直流电效率和降电压要求较高。

交流电驱动LED照明，要经过以下几个阶段：降低电压、整合电流、稳定电流，因此交流电才能转变成LED所适合的工作电流，交流电驱动方式要考虑缩小、降低其驱动电源的体积和成本，此外还要做好安全隔离等工作。

2 LED电源驱动发展现状及趋势

2.1 LED电源驱动现状

LED照明在节能方面的特性及其相关优点，势必会取代传统照明，能够极大改善资源浪费的现象。尽管LED有诸多的优点，但是在发展其产业链上也碰到了许多问题，比如LED有着低电压直流电驱动的要求，对于我国生活用电220V的交流电来说，需要为其设计2～3V的驱动变换电路，此外不同种类的LED种类，就需要为其设计和适配相关的变换电路，无形中加大了LED的生产成本。我国是制造业大国，LED照明设备自然也向外国出口，但是外国的生活用电电压和我国用电电压不一定相同都是220V，例如美国生活用电电压为110V，因此LED厂商又要为此设计相应的变换电路，使得生产成本随之增加。

2.2 LED产品市场需求

尽管LED有生产和兼容性的问题，但国际市场对LED产品的需求量却并未因此减少，特别是2009年世界经济因金融危机而陷入低迷，欧美国际市场对于高端LED产品仍有极大的需求量。2017年我国LED芯片企业仍在不断扩张，其市场规模已达到189亿元，占据着全球LED芯片市场份额的54%。

2.3 发展趋势

LED具有环保、使用寿命长的特点，理论上LED持续照明能达到416天左右，然而在应用的实际过程中，受设计和驱动方式等因素的影响，LED产品又较为容易受破坏。

因此LED生产厂商在照明产品设计上采用阻、容降压的方式，借此达成稳定电压向LED供电，然而此方式具有转换效率低的特点，降电压过程中需要消耗相对多的电能，甚至会造成消耗电能过多而不足以供应LED的照明用电量需求。

为了改善LED采用阻、容降压方式的弊端，改良做法是先稳定交流电的恒定电压，然后通过线性恒流整合，确保电压能适度负载，按照LED不同的管压降3～3.6V之间的要求，乘以3V计算出最低电压值，界定出最终要调整的电压范围。

LED产品具有使用寿命长的特点，但是LED驱动电源却有着寿命短的特性，造成这原因的关键是电解电容与工作温度关系，在温度75℃时，电容量会因为电解液蒸发而使用寿命下降为208～416天之间，具体下降多少取决于当时电解电容的工作温度，因此在采用无电解电容的照明方案成为LED厂商发展的新方向，主要体现在IC和电压陶瓷电容替代电解电容。未来LED驱动电源的发展方向将集中在改善驱动电源寿命短、转换效率等方面。

3 结论

综合上述，LED产品具有使用寿命长的特点，但是限于驱动电源在相关技术的限制，在220V生活用电条件下使用还存在相应缺陷，因此对驱动电源的改良将是LED产业下一步的重要发展方向。

参考文献：

[1]李川.LED驱动电源可靠性研究与灯具寿命评估[D].厦门理工学院，2017.

[2]蒋天堂.LED的特性及驱动电源的发展趋势[J].照明工程学报，2011，22（03）：5860.

作者简介：姜忠龄（1984），男，汉族，辽宁大连人，本科，2006年7月毕业于大连理工大学，自动化专业，2006年7月起就职于松下冷链（大连）有限公司，工程师，研究方向：自动化控制。