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LED 照明灯存在的问题和解决方法
一、LED 做照明灯具目前存在的问题

称为期望之光的LED,从 1964 年制造至今，已进展到普及化照明的时代，其节能、环保、亮度高、功耗小、寿命长、耐冲击等优点，前景极为宽阔；在室内照明的起步阶段，还有其固有的缺点，主要表现在以下几方面：

1、不全都性带来的问题：

理论上LED 都是能发光的二极管，而实际上全部 LED 的电性能都是有差异的，每个厂家的生产工艺是不全都的，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； 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一样、耐过电流力气和发热的差异也就自然而然的不同了；封装工艺和封装材料的不同， 使得整体的散热力气是不一样的，还有组合材料的热彭胀与散热的问题等。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，假设每个灯只用一个LED，好把握。例如电视机、DVD 上的电源指示灯；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、上百上千个LED 成阵列接入电路，因LED 的差异总有一个最先损坏，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。这就是不全都性带的结果，也是制约其进展的因素之一。

2、驱动电路简洁的问题：

a.在电压匹配方面，LED 不象一般的白炽灯泡，可以直接连接220V 的沟通市电。LED 是 2--3.伏的低电压驱动，必需要设计简洁的变换电路，不同用途的LED 灯，要配备不同的电源。b.在电流供给方面，LED 的正常工作电流在 18mA-20mA，供电电流小于 15mA 时 LED的发光强度不够，而大于 20mA 时，发生光衰而导致 LED 老化，同时发热大增，老化加快、寿命缩短，当超过 50mA 时会很快损坏，为了延长LED 照明灯的使用寿命，常用集成电路电源、电子变压器、分别元件电源等，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器件，另加保护电路，要恒流、恒压电路供电，这样电源电路简洁，故障率、元件本钱、生产本钱、效劳本钱都将上升。这就大大地限制了市场的竞争力与购置群体。

二、LED 照明电路的特点：

A、多LED 灯的串、并联矩阵构造；B、不需要把握亮度；C、LED 的电流在确定范围变化不会明显影响照度；D、LED 损坏的缘由多是电流过大，超过50mA，较小的电压变化引起较大的电流变化。所以把握过电流即可，这为电路的简化供给依据。

三、解决问题的方法：

假设用WHPTC 过流保护器作保护，从原理可知，当电路的电流超过规定值时会讯速的 自动保护，在排解故障后又自动复位，无需人工更换。对LED 而言，电压的变化不是LED 损坏的直接缘由，而电流的增大才是LED 的真正杀手。利用这个特性，在 LED 的电路保护上具有确定的优势，让简易电源供电变为现实。实践证明，在LED 电路消灭故障以前就有效保护了。如以以下图可见，因有了WHPTC 可省去恒流、恒压电路，。器件本钱、生产本钱、效劳本钱都大大降低。也大大增加了产品的市场竞争力。

四、型号选择：

可选择WH6-XXX 到 WH250-XXX 的 20mA-到-15A 中的所需型号。对LED 进展无损保护，延长寿命。例如：WH250-020 用在 220V、20mA 的 LED 电路中，当电流超过 40mA 时，WHPTC 在 20 秒左右保护。
专家教育：WHPTC 保护时，其续电流使LED 连续点亮，只是光暗而不是熄灭，这是其它保护电路不具备的优点，假设是干扰电流或电压导致保护，则干扰过去后，LED 自动恢复正常点亮，而不需要人工更换或修理。

五、WHPTC 系列产品可用于以下的照明、装饰、景观等灯具的电路保护：

各种LED 日光灯、球泡灯、杯灯、吸顶灯、路桥灯、交通灯、隧道灯、护栏灯、空中探照灯、激光灯、投光灯、庭院灯、地埋、水底灯、墙角灯、地脚灯、幕墙灯、盒灯、迪吧灯、酒吧灯、地砖灯、广场灯、节日灯、工艺灯、线条灯、气车灯等LED 灯。
大功率LED 技术的进步也使得设计阶段的散热考虑变得越来越重要。为了避开 LED 的加速老化，或者最坏状况的完全报废，LED 本身不能过热。

一旦大功率LED 的发热效率高于发光效率，输入功率产生热而不发光的比例就格外高。所以，在设计阶段就必需考虑承受良好的散热来保证LED 工作牢靠，并且允许它在更高的环境温度下也能够工作。而在选择LED 驱动电路时，则必需考虑器件的散热。

确保LED 芯片不致过热的一个重要指标就是正向电流。在实际使用中，常常将工作电流设置在一个很低的水平，以确保即使在很高的环境温度下 LED 也不至于过热。然而，假设 LED 的工作电流与温度不相关，就会带来一个很大的问题：当温度过高时，LED 的工作条件就超出了其标准的要求。此外，在 很低的温度下，供给 LED 的电流会极大地低于最大

允许电流。
LED 驱动电路中的热敏电阻

因此，人们期望把握 LED 的驱动电流并使之降低LED 额定工作条件。某些价格昂贵的LED 驱动 IC 可以实现这种功 能，它承受内部或外部的温度传感器来感知温度并进展反响把握。而我们则期望通过在 LED 驱动电路中承受PTC 热敏电阻来供给一种简洁的方法。它具有如下优点。
● 在室温的状况下，正向电流是增加的。
● 由于削减了LED 的数量，所以本钱可以降低。此外，可以承受价格低廉的驱动IC，或者甚至也可以承受不具有集成温度治理功能的驱动电路。
● 可以设计一个不需要IC 把握，但仍能够依据环境温度调整LED 工作电流的电路。
● 也可以承受低本钱的LED，只是需要降低额定工作条件和供给更小的安全裕量。
● 假设增加过宠保护功能，LED 的牢靠性会得到提高。
● 在散热方面也可以承受散热器〔片〕等方法。

使用WHPTC 前后的拓扑构造比较图

浅谈LED 产品老化 我们在应用LED 时常常会消灭这样种问题，LED 焊在产品上刚开头的时候是正常工作的，但点亮一段时间以后就会消灭暗光、闪动、故障、连续亮等现象， 给产品带来严峻的损害。引起这种现象的缘由大致有： 1．应用产品时，焊接制程有问题，例如焊接温度过高焊接时间过长，没有做好防静电工作 等，这些问题 95％以上是封装过程造成。
2．LED 本身质量或生产制程造成。 预防方法有：
1. 做好焊接制程的把握。
2. 对产品进展老化测试。

老化是电子产品牢靠性的重要保证，是产品生产的最终必不行少的一步。LED 产品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能稳定。LED 老化测试在产品质量把握是一个格外重要的环节，但在很多时候往往被无视，无法进展正确有效的老化。LED 老化测试是依据产品的故障率曲线即浴盆曲线的特征而实行的对策，以此来提高产品的牢靠性，但这种方法并不是必需的，到底老化测试是以牺牲单颗LED 产品的寿命为代价的。

LED 老化方式包括恒流老化及恒压老化。恒流源是指电流在任何时间都恒定不变的。 有频率的问题，就不是恒流了。那是沟通或脉动电流。沟通或脉动电流源可以设计成有效值 恒定不变，但这种电源无法称做「恒流源」。恒流老化是最符合LED 电流工作特征，是最科学的LED 老化方式；过电流冲击老化也是厂家最承受的一种老化手段，通过使用频率可调，电流可调的恒流源进展此类老化，以期在短时间内推断LED 的质量预期寿命，并且 可挑出很多常规老化无法挑出的隐患LED。 有效防止高温失灵-PTC 热敏电阻用作LED 限流器 近年来，发光二极管(简称 LED)的进展已取得巨大进步：已从纯粹用作指示灯进展为光输出达 100 流明以上的大功率LED。不久之后，LED 照明的本钱将降至与传统冷阴极荧光灯(简称CCFL)类似的水平。这使得人们对LED 的下述应用兴趣日浓： 汽车照明灯、建筑物内外的LED 光源、以及笔记本电脑或电视机 LCD 屏的背光。 大功率LED 技术的进展提高了设计阶段对散热的要求。就像全部其它半导体一样，LED 不能过热，以免加速输出 的减弱，或者导致最坏状况：完全失效。与白炽灯相比，虽然大功率LED 具有更高效率， 但是输入功率中相当大的一局部仍变成热能而非光能。因而，牢靠的运作就需要良好的散热， 并要求在设计阶段就考虑高温环境。 设计LED 驱动电路尺寸时，也必需考虑温度因素： 必需选择其正向电流，以确保即使环境温度到达最高值，LED 芯片也不会过热。随着温度的上升，就需要通过降低最高容许电流，即降低额定值，来实现降温。LED 制造商把降额曲线纳入其产品规格中。

有关此类曲线，参见图 1。

图 1 LED 降频曲线

利用无温度依靠性的电源运行 LED 存在弊端：在高温区域内，LED 则超出规格范围运行。此外，当处于低温区域时，照明源就由明显低于最大容许电流(参见图 1 红色曲线)的电流供电。如图 1 的绿色曲线所示，通过LED 驱动电路中的正温度系数热敏电阻(简称 PTC 热敏电阻)来把握LED 电流是一个重大改进。这至少可以带来以下好处：
*在室温下增加正向电流，从而增加光输出
*由于可以削减 LED 使用量，所以可以使用价格较低的驱动集成电路(简称 IC)乃至一个不带温度治理的驱动电路来节约本钱
*实现无需 IC 把握的驱动电路设计，此电路亦可使LED 电流随温度转变
*能够使用较廉价减额值较高安全裕量较小的LED
*过宠保护功能提高了牢靠性
*带散热片的热机械设计更为简洁
大多数LED 用驱动电路形式具有一个共同点：即流经 LED 的正向电流是通过固定电阻进展设置(参见图 2)。一般说来，流经LED ILED 的电流取决于Rout，即ILED ~ 1/Rout。由于Rout 不随温度而变，因此LED 电流也不受温度影响。
将固定电阻换成随温度变化的电路，即可实现对LED 电流的温度治理。以以下图表说明白如何使用PTC 热敏电阻来改善标准电路。
例如 1：有反响回路的恒流源
图 2 中电路 1 为常用的驱动电路。其恒流源包括一条反响回路。当调整电阻两端的反响电压到达因IC 而异的VFB 时，LED 电流就不变了。LED 电流因而被稳定在 ILED=VFB/Rout。

图 2 LED 的传统驱动方式

图 3 所示为上一电路改进型：此电路借由PTC 热敏电阻，生成随温度变化的LED 电流。通过正确选择PTC 热敏电阻、Rseries 以及Rparallel，此电路与专用驱动IC 和 LED 组合相匹配。其中，LED 电流可经由以下方程式计算得出：
图 3 所示电路说明白LED 电流(参见图 3)的温度依靠性。与针对最高运行温度为60 度的恒流源相比较，使用PTC 热敏电阻后LED 电流可在 0 度和 40 度之间提升达 40%，并且LED 亮度也能提高同等百分比。

图 3 承受PTC 热敏电阻的温度监测和电流降频例如 2：调整电阻与LED 无串联的恒流源
图 2 所示电路 2 为另一常见的恒流源电路：电流通过连接驱动IC 的电阻得以确定。然而在这种状况下，调整电阻并未与LED 串联。Rset 和 ILED 之间的比率由 IC 规格明确。因此， 运用 20kW 的串联电阻和TLE4241G 型驱动IC，最终产生的LED 电流为 30mA。图 4 所示为标准电路改进型，其中也含有一个PTC 热敏电阻，尽管此处承受WHPTC 热敏电阻。在

感测温度，元件电阻可达 4.7kW，且容许误差值为±5℃(标准系列)或±3℃(容许误差值准确系列)。
图 4 所示为随外界温度而变化的LED 电流。固定电阻 Rseries 容许误差范围小，在低温时支配总电阻。只有在低于PTC 热敏电阻的感测温度大约 15 K 时，由于PTC 热敏电阻的阻值开头增加，电流才会开头下降。在感测温度(总电阻=Rseries+RPTC=19.5kW+4.7kW=24.2kW) 时的电流大约为 23mA。PTC 电阻在温度更高时急剧上升，快速引发断路，从而避开因温度过高消灭故障。

图 4 无分流测量之温度记录例如 3：无 IC 简洁驱动电路
如图 2 所示电路 3，LED 也可在无驱动IC 的状况下工作。图示电路是通过车用电池驱动单一 200mA LED。稳压器生成 5 V 的稳定电源电压Vstab，以避开电源电压消灭波动。LED 在 Vstab 处运作，电流则通过与LED 串联的电阻元件Rout 打算。在这类电路中，通过下一则等式可算出独立于温度的正向电流，在此等式中，VDiode 是一个LED 的正向电压：
另一做法是将WHPTC 的径向引线式PTC 热敏电阻以及两个固定电阻相组合后，替代上述固定电阻，如以下图。
由于 LED 电流的绝大局部流经PTC 热敏电阻本身，因此需要选择一个较大的径向引线式元件。PTC 将由于流经电阻本身的电流而导致发热，因此会始终削减电流，无论环境温度为何(如图5 所示)。并联两个或更多片式PTC 热敏电阻会将电流分流，但此方案仍存在局限性。

图 5 无需 IC 的温度补偿驱动电路

电流值主要是通过适中选择两个固定电阻来设置的。这两个电阻也在改进电路方面也起到重要作用，由于它们将产生的LED 正向电流的允差保持在较低水平。这在正常工作温度范围内尤其重要，由于此时PTC 热敏电阻本身的阻值允差仍较高。其次个并联固定电阻也能确保PTC 不会在极端高温状况下彻底关闭LED，因此，电流不会降至低于以下等式计算的所得值：

这项性能在例如汽车电子这样的应用中极其重要，由于安全要求不允许照明灯彻底关闭。背景资料：LED 的温度依靠性

像全部半导体一样，LED 的最高容许结点温度不能超过，以免导致过早老化或者完全失效。假设结点温度要保持在临界值以下，那么外界温度上升时，最高容许正向电流则必需 下降。不过，假设运用散热器，在特定的外界温度时正向电流可以增加。LED 的光输出随着芯片结点温度的上升而下降。上述状况主要发生在红色和黄色LED，白色LED 则与温度关系较小。光照效率和正向电流保持同步增长，不过，安装在结层和环境之间的LED 所具备的高热阻率可以降低乃至逆转这种作用，这是由于随着结点温度的上升，放射光会降低。

此外，当结点温度上升且LED 正向电压与温度保持同步增长时，放射光的主波长会以
+0.1 nm / K 的典型速率增长。 各种白光LED 驱动电路特性评比 1996 年，日亚化学的中村氏觉察蓝光LED 之后，白光LED 就被视为照明光源最具进展潜力的组件，因此，有关白光LED 性能的改善与商品化应用，马上成为各国争论的焦点。目前,白光 LED 已经分别应用于公共场所的步道灯、汽车照明、交通号志、可携式电子产品、液晶显示器等领域。由于白光LED 还具备丰富的三原色色温与高发光效率的特性，一般认为格外适用于液晶显示器的背光照明光源，因此，各厂商间续推出白光LED 专用驱动电路与相关组件。鉴于此，本文就LED 专用驱动电路的特性与今后的进展动向进展简洁阐述。 1 定电流驱动的理由

1.1 白光LED 的光度以顺向电流标准
白光 LED 的顺向电压通常被标准成 20mA 时，最小为 3.0V，最大为 4.0V，也就是假设单纯施加确定的顺向电压时，顺向电流会作大范围的变化。

图 1 是从A、B 两家LED 企业的产品中随机取三种白光LED 样品进展顺向电压与顺向电流特性检测的结果。依据检测结果显示，假设利用 3.4V 顺向电压驱动上述六种白光LED 时，顺向电流会在 10~44mA 范围内大幅变动。表 1 为白光LED 的电气与光学特性。

由于白光LED 的光度与色度是以定电流方式量测的，所以，为获得预期的亮度与色度，通常是用定电流驱动。

表 2 为光学坐标的等级〔rank〕〔IF=25mA，Ta=250C〕。
1.2 避开顺向电流超越容许电流值
为确保白光LED 的牢靠性，根本上就是需要设法避开顺向电流超过白光LED 确实定最大设计值〔定格值〕。

图 2 中，白光LED 的定格最大顺向电流为 30mA，随着四周温度的上升，容许顺向电流则持续衰减，假设四周温度为 50℃，通常顺向电流就不能超过20mA。此外，利用定电压的驱动方式不易把握流入LED 的电流值，因此就无法维持LED 的牢靠性。

2 白光LED 的驱动方法

图 3 是驱动白光LED 常用的四种电源电路；图 4 是上述六种随机取样白光LED 稳定后的
ReguLation 精度特性。
图 4 的测试结果显示，ReguLator 的负载特性消灭在白光LED 的VF 角落上，即图中的穿插点就是各白光LED 的稳定动作点。
2.1 使用电压ReguLator 的驱动方式
图 3〔a〕的电路分别使用可以把握LED 电流的电压ReguLator 与 BaLLast 电阻，这种电路的优点是电压ReguLator 种类丰富，设计者可以选择的自由度较大，而且与电压 ReguLator、

LED 的接点只有一点；缺点是BaLLast 造成的电力损失会导致效率恶化。此外，LED 的顺向电流也无法获得周密把握。

图 4〔a〕中可以看出，随机取样六个白光LED 的顺向电流，从 14.2mA 到 18.4mA 分布范围格外广，因此，A 厂商LED 的〔平均值〕顺向电流高达 2.0mA。相比之下，图 4〔b〕 电路使用的ReguLator 虽然有小型、低本钱的优点，缺点是可能会无法满足性能与牢靠性的要求，也就是说本电路的有用性相对较弱。

2.2 使用定电流输出的电压ReguLator 驱动方式

图 3〔b〕的电路虽然可以使流入LED 的全部电流稳定化，不过为了匹配〔Matching〕 各 LED 的电气特性，电路中特别设置了一组BaLLast 电阻。
图 3〔b〕中的 MAX1910 属于定电流输出型的电压ReguLator，虽然本电路使用同厂商、同批号〔Lot〕的白光 LED，获得了极佳的匹配性，不过，在使用不同厂商与批号的 LED 时， 就会消灭很大的特性差异分布。本电流 Regu-Lator 使用类似图 3〔a〕的方式把握驱动电流， 不过它却可以使BaLLast 电阻的消费电力降低一半左右。
图 4〔b〕的测试结果显示，流入六个随机取样白光 LED 的电流，从 15.4mA 到 19.6mA， 变化范围格外大。因此，A 厂商与B 厂商两者的LED 是以平均 17.5mA 的电流驱动。此电路的缺点是BaLLast 电阻造成的电力损失有残留之虞，而且又无法获得LED 电流的匹配性； 不过整体而言，本电路兼具动作特性与简洁性，所以具有相当程度的使用价值。

2.3 使用输出型的MuLti PuLL 电流 Regu-Lator 的驱动方式
图 3〔c〕的电路可以使流入 LED 的电流各自稳定化，因此不需要使用 BaLLast 电阻， 电流的精度与匹配性ReguLator 则由各自的电流ReguLator 支配。
图 3〔c〕中的 MAX1570 IC 可以使上述电流ReguLation 达成 2％标准的电流精度，与0.3％标准的电流匹配性等目标。
由 MAX1570 IC 构成的电流ReguLator 为低Drop Out Type，因此它的动作效率格外高。图 4〔c〕的测试结果显示，使用图 3〔c〕的驱动电路时，流入六个随机取样白光 LED 稳定化的电流为 17.5mA。
虽然ReguLator 与 LED 之间需要四个连接端子，不过此电路不需要BaLLast 电阻，所 以可以有效抑制封装面积，因此格外适合应用在封装空间极为狭窄的小型液晶面板等领域。

2.4 使用升压型电流ReguLator 驱动的方式
图 3〔d〕的电路是利用可以使电流稳定化的电感〔Inductor〕，构成所谓的高效率Step Up Converter。本电路的最大特点是 Feed Back ThreshoLd 电压，可以削减电流检测用电阻的电力损失。此外，LED 承受串联方式连接，所以流入白光LED 的电流即使是在各种要求下，都能够与LED 完全取得匹配。 有关电流的精度根本上取决于Regu-Lator 的Feed Back ThreshoLd 精度，因此不会受到LED 顺向电压的影响。
由 MAX1848 与 MAX1561 IC 构成的电流ReguLator 的效率〔PLED/PIN〕分别是：三个LED＋MAX1848，87％；六个LED＋MAX-1561， 84％。
Step Up Converter 的另一优点是Regu-Lator 与 LED 之间需要两个连接端子，而且LED 的使用数量不会受到Step Up Converter 种类的影响，这意味着设计者会拥有更大的选择空间。因此，Step Up Converter 广泛应用在各种尺寸的液晶面板；电路的缺点是电感外形高度、组件本钱偏高，有EMI 辐射干扰。

3 完毕语

以上介绍了白光LED 常用的驱动电路，并通过试验方式深入探讨了各电路实际运行时的优缺点和特性。由于LED 构造的限制，因此会有波长与驱动电流精度不易把握等困扰， 随着白光LED 背光模块应用需求的不断增加，如何改善上述波长与电流精度问题，同时降低驱动电路的制作本钱，成为必需抑制的问题。