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led恒流源设计

使用本方案交流、直流电源均可，本方案不能解决供电电压变化引起的LED电流变化，仅对电源电压比较恒定的情况下有效，电压波动范围不能超过10%。

如果电压波动超过10%应采取相应的稳压措施。

比如220Vac（200Vac~240Vac），（交流电源只需要整流，不需要滤波）直流电电源4.5Vdc（4.0~5.0Vdc）,超过这个电压波动范围,要采用稳压措施。

与一般LED恒流源相比，该标准单元有不怕负载开路的优点，也不怕负载短路，当短接5个LED后，回路电流急剧上升，引起WMZD温升，WMZD阻值迅速增大，可有效阻止电流继续上升。

经过反复实验后发现，负载短路后，短路电流可由130mA迅速下降到60mA的稳定值，如在电源的允许范围内，不会损坏电源。

一、什么是LED?

LED（LightEmittingDiode），又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。

二、LED有哪些优点?

★高效节能　一千小时仅耗几度电（普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电）

★超长寿命　半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时）

★光线健康　光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线）

★绿色环保　不含汞和氙等有害元素，利于回收和利用，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰）

★保护视力　直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪）

★光效率高,发热小:

90%的电能转化为可见光（普通白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能）

★安全系数高　所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患，可用于矿场等危险场所

★市场潜力大　低压、直流供电，电池、太阳能供电即可，可用于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。

三、权威预测

半导体照明将在未来5-10年内取代现有传统光源。

"未来白光LED将更加便宜，市场总体容量将快速增长。

"许志鹏乐观地指出，据美国能源部预测，2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被LED替代，可能形成一个500亿美元的大产业。

而日本提出，LED将在今年大规模替代传统白炽灯。

日、美、欧、韩等国均已正式启动LED照明战略计划。

美国能源部预测，到2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯将被嵌在芯片上的发光体---半导体灯替代。

日本计划到2008年用这种半导体灯替代50%的传统照明灯具。

科学家测量发现，在同样亮度下，LED的电能消耗仅为白炽灯的1／10，寿命则是白炽灯的100倍。

由于ＬＥＤ具有节能、环保、寿命长、体积小等优点，专家们称其为人类照明史上继白炽灯和荧光灯之后的又一次飞跃。

根据美国能源部（DOE）的预计，传统照明器件的彻底更新换代将在2010年开始启动，然而许多LED供应商都希望将这个启动时间再提前一到两年。

四、继澳大利亚欧盟欲让白炽灯两年内"下课"2007-3-16

2007年3月9日，在英国伦敦街头，成串的彩灯闪烁。

刚刚结束的欧盟首脑会议通过了一系列旨在提高能效的措施。

9日结束的欧盟春季首脑会议已经达成协议，两年内欧洲各国将逐步用节能荧光灯取代能耗高的老式白炽灯泡，以减少温室气体排放。

在这之前，澳大利亚已率先通过停止使用白炽光灯泡法令。

五、LED照明产值将超千亿美元同方正发力

同方股份副总裁兼董秘孙岷近日向记者透露，公司的高亮度LED照明项目已基本实现产业化，目前已经有20条生产线投产，其产业化技术达到世界先进水平，规划2008年年底生产线将达到50条，形成绿色照明的规模化效应。

预计我国2008年应用市场规模将达540亿元，到2010年，中国半导体照明及相关产业产值将超过1000亿美元的规模，其中高亮度芯片国内增长率将高达100％。

六、首尔半导体期望能取得全球照明市场之中1,000亿美元的份额。

韩国首尔半导体公司现正计划用LED取代传统的照明灯，目前Acriche60流明/瓦特的亮度在2007年第四季提升五成至80流明/瓦特,而每一模组为250流明;在2008年第四季达至120流明/瓦特,而每一模组为400流明,期望能取得全球照明市场之中1,000亿美元的份额。

七、澳大利亚与新西兰将率先停止使用白炽光灯泡

澳大利亚政府最近宣布，为了减少温室气体的排放量，澳大利亚将禁止除医疗用以外的白炽灯的使用。

据此，到2012年时澳大利亚将减少400万吨温室气体的排放。

而据2007年2月21日《TheDominionPost》报道，新西兰能源部长DavidParker建议参照澳大利亚的做法，新西兰也应在未来两到三年内禁止使用普通白炽光灯泡，用节能环保的荧光灯泡（FlorescentEcoBulb）取代。

澳大利亚环境部长MalcolmTurnbull说，澳大利亚2010年将推行新的民用照明标准，通过新标准的实施，2012年可减少温室气体排放400万吨。

据悉，这种新型荧光灯泡主要从中国进口。

八、为什么首选楼道灯来应用LED

1，目前比较而言，LED的售价还较高，楼道灯是共用设施，共同承担大家就能接受。

2，楼道灯现在普遍是使用白炽灯，若换用LED灯，节电的效果就特别明显。

3，楼道灯在白天是熄灭的。

晚上就频繁的启动或关断。

不要说是节能灯，就是白炽灯都会很快的玩完。

但是LED灯却是不怕，因为它的发光机理与白炽灯和节能灯都不同，就恰恰非常的适应在高速的开关工作状态，绝对不会因为是这个原因而损坏。

4，LED灯的寿命很长，就免除了楼道灯经常需要维修的尴尬状况。

5，楼道灯是物业交电费,投入是一次性的,节约80%的电费是长期的,物业部门最合算。

九、LED灯能直接替换现在的楼道灯吗？

不能。

由于现在大家使用的楼道灯是白炽灯，根本就无法用LED灯或节能灯去替换，所以如果要换用LED灯就必须也要同时换用声光控开关。

现在有专用的一体化的LED声光控楼道灯，直接就使用220V的市电，非常方便使用。

我们将强烈建议楼道灯的使用电压用直流的24V，其好处和原因我们会另文介绍。

随着技术发展和成本的降低，LED灯取代节能灯也就成为必然的了。

十、LED驱动电源的分类及特性

1、按驱动方式可分为两大类：

（1）恒流式:

a、恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；

b、恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路。

c、恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高。

d、应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量；

（2）稳压式：

a、当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；

b、稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路。

c、以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；

d、亮度会受整流而来的电压变化影响。

2、按电路结构方式分类

（1）电阻、电容降压方式：

通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过LED的瞬间电流极大，容易损坏芯片。

易受电网电压波动的影响，电源效率低、可靠性低。

（2）电阻降压方式：

通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，降压电阻要消耗很大部分的能量，所以这种供电方式电源效率很低，而且系统的可靠也较低。

（3）常规变压器降压方式：

电源体积小、重量偏重、电源效率也很低、一般只有45%～60%，所以一般很少用，可靠性不高。

（4）电子变压器降压方式：

电源效率较低，电压范围也不宽，一般180～240V，波纹干扰大。

（5）RCC降压方式开关电源：

稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可以做到70%～80%，应用也较广。

由于这种控制方式的振荡频率是不连续，开关频率不容易控制，负载电压波纹系数也比较大，异常负载适应性差。

（6）PWM控制方式开关电源：

主要由四部分组成，输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。

PWM开关稳压的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流稳定（即相应稳压电源或恒流电源）。

电源效率极高，一般可以做到80%～90%，输出电压、电流稳定。

一般这种电路都有完善的保护措施，属高可靠性电源。

从以上介绍可以看出PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的LED电源。

目前珠海市南宇星电子公司生产的"金兴"牌LED开关电源就是PWM控制技术的开关电源，该类LED电源经用户使用反映效果很好。

一、刚刚开始起步成本高

照明成本不仅涉及灯具的初始成本，还涉及灯具所消耗的能源成本，灯具无法正常工作时更换灯具所需的劳动成本，以及所需灯具更换的平均频率。

从这一概念出发就很容易理解，为什么LED光源是白炽灯光源价格的50倍左右时，LED交通信号灯的市场就开始启动，而当达到28倍时，就已形成新兴产业。

目前半导体照明主要以光色照明和特殊照明为主，以后将向普通照明扩展。

具体来讲，近几年内，半导体照明市场将广泛应用在各种信号灯、景观照明、橱窗照明、建筑照明、广场和街道的美化、家庭装饰照明、公共娱乐场所美化和舞台效果照明等领域。

事实上，我们身边已经随处可见它的身影：

电脑显示灯、手机按键和屏幕的背光源、汽车尾灯、建筑物灯光、交通信号灯……等等。

二、不一致性带来的问题：

理论上LED都一样，都是能发光的二极管，而实际上所有LED的电性能都是有差异的，众多的厂家都在抢生产进度、抓数量；每个厂家的生产工艺是不一致的，甚至相差很大，就是同一厂家的不同时间的工艺都是有差异的；生产发光二极管的半导体材料的纯度要求非常高，不同厂家使用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不完全相同的，或者相差很大，而且耐过电流能力和发热的差异也就自然而然的不同了；由于封装工艺和封装材料的不同，使得整体的散热能力是不一样的，所有的厂家都在研究和开发新材料，以求解决组合材料的热彭胀与散热的问题。

由此不难看出,LED发光二极管在短期内仍存在个体之间的很大的差异，如果每个灯只用一个LED，那是很好控制的，而且是真正的长寿命，例如电视机、DVD上的电源指示灯就是如此；而当我们用LED制作照明灯具时，就不是用单个的LED，而是用多个，或上百上千个LED排成阵列接入电路，再者，需要的亮度就不是指示灯所能做到的，而电流大了、小了亮度都要减弱，且会使寿命大打折扣，甚而致于未出厂就坏掉了；因LED的差异性总是存在的，在多个LED组成的连路中，当有几个坏掉时（通常是短路），会使电流增大而损坏其他的LED。

这就是不一致性带的结果，也是制约其发展的因素之一。

三、驱动电路复杂成本高、故障率高

a.在电压匹配方面，LED不象普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。

LED是2--3.伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。

b.在电流供应方面，LED的正常工作电流在15mA-18mA，供电电流小于15mA时LED的发光强度不够，而大于20mA时，发光了强度也会减弱，同时发热大增，老化加快、寿命缩短，当超过40mA时会很快损坏。

为了延长LED照明灯的使用寿命，简易电源是不能使用的，而常用集成电路电源、电子变压器、分离元件电源等，但都要设计恒流源电路和恒压源电路供电的方式，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器件，另加保护电路，这样就使LED的电源供应器电路很复杂，故障率增加。

元件成本、生产成本、服务成本都将升高。

而目前LED本身的成本就高，加上电源的成本，这就大大地限制了市场的竞争力与购买群体，LED照明灯的优势大打折扣，这也是制约其发展与普及的又一关键问题。

华巨公司解决方案

    LED发光二极管出现在上个世纪七十年代，仅有红、黄、绿三色，经过几十年科学术的发展、努力，LED白光管出现了，价格也正走近老百姓的口袋，将以节能、长寿、价廉的优势猛烈冲击着统治了照明领域三个世纪的白织灯，LED灯进入千家万户的时代到了。

LED用于日常照明的众多优点，本文不再累述。

众所周知，PN结半导体器件正在向导通后，结电压VF随环境温度上升而下降，即：

-2mv/℃，称PN结的负温度效应，利用该特性可制成温度传感器，但该特性在发光应用上却是致命的缺陷，直接影响它的发光效率。

发光亮度、发光色度。

通俗举例，常温25℃时，选择LED最佳工作电流20mA，当环境温度升到85℃，结电压VF下降,工作电流急剧增加到35-37mA，见图一,电流曲线Ⅰ,温度下降至-40℃时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小8-10mA.,发光亮度也随电流的减少而降低，达不到场所所需的照度。

      为了避免上述不良现象，一般在LED的相关产品上，通常采用如下措施。

1、将LED装在散热板上，或风机风冷降温。

2、LED采用恒流源的供电方式，不因LED随温度上升引起电流增加，防止PN结恶性升温，或两种方法并用。

实践证明，用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯），确实是行之有效的措施。

但当LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了：

散热板，风冷能否集约在一个普通灯头的空间；采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命和可靠性不取决LED，而取决整个系统的某块“短板”；.与荧光节能灯相比，有没有吸引眼球的价格。

    华巨电子另辟蹊径，采用具有正温度系数的热敏电阻与负温度特性的LED串联，组成一个温度系数极小电阻型负栽。

一旦工作电压确定后，串联回路中的电流，将不会随温度变化而变化，通俗地说，当LED随温度升高电流增加时，热敏电阻也随温度升高，电阻变大，阻止了回路电流上升，当LED随温度下降，电流减小时，热敏电阻也随温度下降电阻变小，阻止了回路电流的减少。

如匹配得当，当环境温度在-40℃~85℃范围内变化时，LED的最佳工作电流不会明显变化，见图一电流曲线Ⅱ。

（串入热敏电阻的电流曲线Ⅱ，与没有串入热敏电阻的电流曲线Ⅰ对照图）从图一可以看到，采用热敏电阻温度补偿方法与集成电路等元件组成的恒流源相比，有着异曲同工之处，但最大的差异是用一种元件就解决了LED的恒流问题，其价格、体积、寿命等优势也不言而喻。

  正温度热敏电阻WMZD，是南京华巨电子有限公司专为LED应用研制。

常用规格见表一.

一、WMZD-A20在20mA恒流源中和WMZD-A30在30mA恒流源中的应用原理

由一只WMZD-A20与五只LED（20mA）串联组成一个标准单元，它的恒流电流20mA，工作电压U=VR＋5×VF＝3V+5×3.4V＝20.0V.。

3V是WMZD-A20在25℃时的压降，3.4V是LED的正向导通电压VF（或2.8-4.2V）。

当环境温度每升1℃时，5只串联的LEDVF下降2mV×5＝10mV；5A20的压降升高10mV，保持了串联回路的总电流不变，它的恒流特性见图一电流曲线Ⅱ。

与一般恒流源相比它有不怕负载开路的优点，也不怕负载短路，当短接5个LED后,回路电流急剧上升，引起WMZD温升，WMZD阻值迅速增大，有效阻止电流继续上升，反复实验，负载短路后，短路电流由130mA迅速　下降到60mA的稳定值，如在电源的额定范围内，不会损坏电源。

由多个5A20标准单元的串联组合，可获得相应的LED的数量，及工作电压，如用12个标准单元相串联的电路，可支持60个LED灯，工作电压可接近220V。

WMZD-A30应用方法与WMZD-A20的应用方法相同，只是WMZD-A30能够驱动电流更大的30mA的LED。

二、WMZD-B100在100mA恒流源中、WMZD-B300在300mA恒流源中、WMZD-B350在350mA恒流源中的应用原理

由一只WMZD-B100与五只并联的LED（20mA）串联组成一个标准单元，它的恒流电流100mA,工作电压U=VR＋VF＝0.65V+3.4V=4.05V，0.65V是WMZD-B100电阻25℃时的压降，3.4V是LED的正向导通电压（或2.8V-4.2V），当环境温度每升1℃，LEDVF下降2mV，5B100压降升高2mV，保持了串联回路内的总电流不变，它的恒流特性見图二,电流Ⅱ。

它有不怕负载短路的特点，反复实验，当短接5个LED后，短路电流由600mA迅速下降到280mA稳定值。

要增添LED的只数,可用多个5B100标准单元的并联组合,要提高工作电压,可用多个5B100标准单元的串联组合.如由3个5B100标准单元串联，可支持15个LED，工作电压U＝3×4.05V＝12.15V。

WMZD-B300与WMZ-B350与WMZD-B300与15只20mA的LED并联或者并联10只的30mA的LED。

C300的工作电压U=VR＋VF＝0.50V+VF，,B350的工作电压U=VR＋VF＝0.50V+VF，VF为LED的正向导通电压（或2.8V-4.2V）

图2

    WMZDLED恒流源补偿热敏电阻为了满足要求可以串联使用，或者并联使用。

如下图所示。

WMZD的电流过补偿保护特性

热敏电阻WMZD还具有电流过补偿特性，即热敏电阻的正温变化率大于发光管的负温效应成为过补偿，图3所示是一条随温度上升而减少的下陡曲线。

这一点与LED的另一典型特性是一致的，即允许电流在40℃后随温度上升相应减少，使LED的功耗控制在额定范围内，确保LED的最长寿命。

WMZD电流过补偿保护特性，正好可以满足LED对电流的要求，这也是一般的LED恒流源不具备的。

过补偿保护应用在以下几处更显优势：

1.全年或每天环境温差大，如室外照明的街灯、广告灯、车灯；2.低电压大电流LED灯（WMZD-B100具有低内阻、小压降）；3.价高的大功率LED单个保护。

WMZD过补偿保护特性的典型应用电路接法见图4，与标准单元串联一个相同型号的WMZD热敏电阻，即可发挥过补偿作用，如果增加2个或3个WMZD热敏电阻会加深补偿作用，但如果实偿太深，常温下LED电流地低，会影响发光效率。

我们可以通过实验，选出保护功能与发光效率兼顾的最佳方案。

下图为，采用2R和3R的电流温度对照图。

该电流特性正好满足了LED在40℃以上电流相应的减少，使LED的功耗在而定的范围内，确保最长寿命。

应用问答

问1、用单元电路进行积木式组合时对电路的要求。

答：

  由N个单元电路串联后的工作电压之和，确定直流电源的输出电压，由N路单元电路的电流之和，确定直流电源的输出电流，如采用输入电压有较大变化的220VAC/DC转换的直流电源，请考虑稳压措施。

问2、WMZD单元电路中的LED数目能否增减，会影响恒流特性吗？

答：

型号WMZD-A20WMZD指驱动型正温热敏点电阻，A指串联，20指20mA，这是最佳组合，如串联3只或4只LED恒流曲线是一条下陡的曲线（过补偿曲线）完全可以应用；如串联6只或7只LED恒流曲线是一条上翘的曲线（欠补偿曲线），组合后进行检测，如在高温80℃时，回路电流不超过25mALED的最大值仍然可以用，新组合单元的工作电压U=3V+VFXN工作电流20mA。

型号WMZD-B100WMZD指驱动型正温热敏点电阻，B指并联，100指100mA，这是最佳组合，如并联3只或4只LED恒流曲线是一条下陡的曲线（过补偿曲线）完全可以应用；如并联6只或7只LED恒流曲线是一条上翘的曲线（欠补偿曲线），组合后进行试验检测，回路电流在高温80℃时还在额定值内仍然可用，新组合单元的工作电压这样确定，用可调式直流电源接入新组成的单元电路，将回路的电流调到最佳值（N个LED电流值之和），对应的电压即工作电压U。

问3、采用标准直流电源24V、12V、9V、4.5V时如何组和应用

答：

原则上先考虑单元电路的串联个数，后选择LED的VF电压。

    例112V电源：

应采用3个WMZD-B100单元电路串联，单元电路典压为12V/3=4V,4V-0.65V（B100的压降）=3.35V，应选用3.3V或者3.4V的LED（该方也法适用于24V电源）。

    例24.5V电源：

应采用1个WMZD-B100单元电路串联，单元电路典压为4.5V-0.65V（B100的压降）=3.85V，应选用3.8V或者3.9V的LED（该方法适也用于9V电源）。

问4、4.5V电源和VF=3.4V的LED有没有选择的余地？

如何组合？

    答：

应采用1个WMZD-B100单元电路，它的工作电压为3.4+0.65V（B100的压降）=4.05V，在串联上一个单独的WMZD-B100电阻，总电压为4.05+0.65V（B100的压降）=4.7V，完全可以接入4.5V标准电源，它的恒流曲线是一条下陡的曲线（过补偿曲线）完全可以应用。

（参见图3过补偿曲线）

问5、组合后的LED灯如何测试它的效果？

    答：

采用热敏电阻补偿法的LED恒流源，具有电路简洁，组合方便，适用于各种需求。

应用中的检测方法也很简单，只用一支电流表串在回路中，在常温20℃∽30℃时调好最佳工作电流（20mA或者30mA），并做好记录，在低温-40℃记下电流值，在高温80℃寄下电流值，三点温度对比一般电流误差值在10%以内，即为合格。

利用温度表、冰箱、暖风机或者电吹风就可以把制作好的LED灯性能进行检验，该应用组合变化无穷，可自我鉴定，相信你会把它应用的更好

问6、如何在市电220V中直接使用WMZD热敏电阻对LED进行恒流控制？

    答：

如果电网电压波动不超过7%，即可不使用稳压电路，超过7%就要进行稳压处理，成本将大大增加。

1.按照下图接好电路，用万用表mA档串入电流校测点中，接通220V市电，串联回路电流应在18-22MA时即合格,如偏差较大如15MA和25MA,是因所选用的LED电压差异,可在最后一组单元里增、减LED数量,达到20MA左右的额定值。

2.用调压器将220V升至235V（220VX1.07倍）,串联回路电流不应大于25mA,如大于25mA,应增加LED题数,直至将电流降到25mA以下。

3.LED可以脉动电流驱动发光,不会产生频闪现象,不需用电容滤波,不用电容可防止因电容击穿造成短路故障。

4.制成产品后,可用电热吹风,温度计升温到80℃观察电流变化,不大于25MA即合格.

图3