LED在許多照明應用中正在快速取代熒光燈泡和白熾燈泡。在過去，這些源可以直接從主電壓驅動，但這對LED來說是不可能的。本文將介紹LED是什么，如何驅動它，以及如何為此要求選擇合適的電源。

什么是LED？

像普通二極管一樣，發光二極管（LED）使用半導體材料，其已被雜質“摻雜”以產生PN（正 - 負）結。電流很容易從P側（陽極）流向N側（陰極），但不能從另一個方向流動（見圖1）。當置于由外部電源供電的電路中時，電流流動，電荷載流子（電子和空穴）從電極流入該結，這些電極處于不同的電壓。電子和空穴被稱為“帶隙”的能量差分開。

圖1：LED的N-和P-型摻雜。

當電子時遇到一個孔，它從較高能級到較低能級跨越帶隙，釋放帶隙能量作為具有頻率的光子，因此產生對應于帶隙能量的顏色。這種關系可用以下公式表示：

WhereEg =帶隙能量=普朗克常數c =光速λ=波長

表1顯示了許多有色的波長和帶隙能量

ColorWavelength（nm）帶隙能量，E（eV）紅外線λ》 760E 《1.63Red610 《λ《7601.63Orange590 《λ《6102.03Yellow570 《λ《5902.10Green500 《λ《5702.18Blue450 《λ《5002.48Violet400 《λ LED制造商可以“調諧”帶隙能量并因此“調諧”所發射的光的波長。這是通過增加或減少雜質水平來實現的，例如，控制半導體的成分。添加更多雜質會降低帶隙能量，增加發射光的波長。

LED的帶隙隨著溫度的變化而變化，并且可以使用Varshni的參數（經驗測量的值）來預測這種變化的程度。用于計算溫度相關的帶隙能量）。這種關系在下面的等式中描述：

WhereEg =帶隙能量T =溫度（K）α，β= Varshni參數

由于α和β都是指定LED的常數，溫度升高，LED的帶隙能量略有下降。如前所述，減小帶隙能量將增加發射光的波長并略微改變發射光的顏色。這被稱為溫度依賴性光譜偏移LED的性能特征

其中I =二極管正向電流Is =反向偏置飽和電流VDD =二極管正向電壓=二極管理想因子VT =熱電壓k =玻爾茲曼常數q =電子上的電荷T =溫度

由于在固定溫度T下給定LED的n，k，q和Is是恒定的，因此可以使用LED的VI曲線繪制這個等式如圖2所示：

圖2：LED電流與電壓（25°C）。

Shockley公式還告訴我們LED的正向電壓是溫度依賴。對于固定的正向電流，隨著溫度的升高，LED的正向電壓降低。這是因為飽和電流Is也取決于溫度，可以使用以下公式估算：

接下來，如果我們看一下特征光通量與電流的經驗數據曲線（見圖3），以及LED的光通量與溫度曲線（見圖4），我們可以得出兩個重要結論：1。 LED在較低的電流水平下運行得更有效（它們具有更高的亮度/W值）。例如，我們可以使用Cree的XM-L高通量LED的數字 。在3 A（和25°C）下驅動LED時，它將發出976流明的亮度。這樣做所需的功率為3 A * 3.34 V或10.02 W，效率為97.4 lm/W.

圖3：LED光通量與電流的關系（25° C）。

圖4：LED光通量與溫度的關系（3 A）但是，當LED以1.5 A驅動時，它將發出590流明。所需功率為1.5 A * 3.14 V或4.71 W，效率為125.3 lm/W，顯著改善。這種更高的效率意味著LED在較低電流下產生的廢熱（自加熱）較少，可以改變發射光的波長和強度，并通過提高結溫來改變正向電壓。 》 2。如已經提到的，溫度的升高將降低維持恒定電流所需的正向電壓（和功率）。然而，流明輸出也將下降，并且規模更大。這意味著即使需要更少的功率來維持恒定的電流水平，較低的流明輸出將意味著LED的整體效率將下降。

為什么我需要為LED使用驅動器？ 》選擇合適的電源是確保LED獲得最佳性能的關鍵。 LED的長壽命促使人們認為最薄弱的環節現在是電源。 Excelsys選擇了設計技術，市場領先的組件和熱管理技術，以便為終身匹配數字的客戶提供解決方案。我們還采用了許多符合LED市場要求的設計特性：

IP67等級，防水金屬外殼，可能是盆栽的

LED是非線性的具有與溫度相關的正向電壓的器件（If與Vf） - 即需要通過調節電流來控制

LED是具有正向電壓要求的低壓DC器件。 LED也需要防止損壞

白熾燈泡是純電阻性負載，而LED則不是。

驅動器需要在所有線路和負載條件下提供接近1的功率因數

高效率（由燈具設計師要求的每瓦特流明驅動）

高可靠性

長壽命（電源現在被認為是鏈條中最薄弱的環節）需要數萬小時

UL8750批準

未來的設計將有與電源通信的能力

現在我知道為什么需要LED驅動器，我應該使用恒流驅動器還是恒壓驅動器？

我們已經說明LED是電流驅動器件那么為什么公司為LED驅動器提供恒流（CC）和恒壓（CV）解決方案？

這是為了給燈具設計師提供優化系統的多種選擇。如果串聯使用多串LED，最有效的驅動方法是使用恒流電源并將LED直接連接到電源端子。但是，如果LED串并聯連接，則嘗試匹配所有串中的電流可能存在問題。可能的替代方案是放置外部元件或有源電路來控制電流。這可能導致每瓦流明總效率略低，但它允許用戶充分靈活地確保相同的電流并行流過許多LED串。

CC模式和CV之間有什么區別模式？圖5，6和7顯示了電源的三種不同操作模式的特征。在每個圖上，軸是相同的。

X軸顯示負載增加，Y軸顯示模塊的輸出電壓。藍線是電壓，綠線是輸出電流。

您將注意到圖5所示的恒壓電源的性能。正如術語所示，它顯示了一個提供恒定電壓的單元。負荷增加。負載電流根據系統的要求而上升，并且將繼續增加到電源將進入電流限制模式的點，以防止損壞動力傳動系。在Excelsys目錄中，這由LDV和LXV產品系列表示。許多常見的電壓要求和一些不常見的電壓都包含在這些范圍內。

圖5：恒定電壓：Excelsys LDV和LXV范圍。

圖6：恒定電流：Excelsys LDC，LXC和LXD范圍。

圖7：CC和CV模式：Excelsys LBD產品系列。圖6顯示了恒定電流驅動器的行為方式。隨著負載增加，輸出電流將保持固定，電壓也相應降低。這包括Excelsys LDC，LXC和LXD產品系列。

Excelsys的最新設計采用兩種操作模式，并將它們組合到一個設計中。從圖7中，您可以看到該單元最初將如何表現為恒定電壓單位。一旦達到負載電流max，控制環路就會將電源電流保持在恒定值并相應地降低輸出電壓。這種方法對終端設計人員有很多好處，因為如果選擇正確，CC和CV模式設計都可以通過一個電源實現。

我們可以看到這些設計模式中的每一個如何用于實現解決方案不同的照明應用。

案例研究1：

案例研究2：

應用：高棚照明

LED 9個LED串聯配置

每個LED的Vf在8 V至10 V之間

客戶以700 mA驅動LED

Pout = 700 mA （正向電流）* 90（串聯9個二極管的最大值Vf）=最小值為63瓦

電壓范圍為72至90伏

LXC75 700 mA部件提供的解決方案

或者，LDB產品可用于將電流限制在700 mA

Excelsys產品組合為用戶提供了一系列產品，可為任何應用要求提供解決方案。是。我們提供恒定電流，恒定電壓和可調光恒定電流型號，功率范圍廣泛。這些功率從25瓦開始，持續高達300瓦。