大功率照明系统价格很高,而小功率芯片,组合成同样的功率,其价格相对较低,很适合使用。除此之外,多芯片集成型大功率白光 LED 还有独特的优势:通过不同的串并联组合,可以实现各种不同的额定电压和电流,更好地适应驱动电路设计,提高整体发光效能,降低成本;单位面积的芯片数可随意设定,可以封装成各种不同的点和面光源
白光 LED 的光品质决定了其是否能进人普通照明领域。以我们设计的集成功率型 IW 白光 LED 为例,色温23摄氏度时,光通量可以达到30lm以上。色温在11摄氏度时,光通量可以达到25lm以上。功率相同,光通量不同,价格也有差别。图 1 所示为集成功率型 IW 大功率白光 LED 的光谱特性,色温为23摄氏度。图 2 为对应的光强分布曲线。根据具体情况可以设计出二次光学器件,以达到特定的光强分布。色温随电流的变化关系如图 3 所示,可以看出,不同电流大小对色温还是有一定的影响。
当温度升高时,LED的正向压降会随着温度的升高而下降,如果采用恒压方式驱动,则电流会大幅度上升,从而导致温度进一步升高,严重降低 LED 的发光效率,缩短 LED 的寿命。因此,通常情况下,恒流驱动方式优于恒压方式。但对于多芯片集成的大功率 LED ,采用恒流驱动也不一定是最好的驱动方案。因为,某一串LED发生短路或断路后,将造成电流分配不均,影响LED的正常工作,加速老化,降低寿命。
图 1 IW 白光 LED 光谱图 图 2 光强分布曲线
驱动电路:
根据能量来源的不同, LED 驱动电路总体上可分为两类,一是 AC / DC 转换,能量来自交流市电,二是 DC / DC 转换,能量来自干电池、可充电电池、蓄电池等。根据 LED 驱动原理的不同,又可以分为线性驱动电路和开关驱动电路。线性电路成本及价格低廉,但效率较低,一般不会超过 60 % 。开关电路效率高,一般可达 80 %左右,但成本较高。对于由低于8颗小功率 LED 芯片组成的光源,目前已有很多的 DC /DC以二转换芯片可以作为其驱动器,且很多是恒流驱动。如常用的LED组HV9903 ,采用 1.2 MH :的开关振荡频率,可以驱动6颗串联的 LED ,如图6所示,电流可以在 5 ~ 40 mA 调整,还具有关断模式,效率可以达到85% 。如图 7 所示,TPS6 104 开关驱动电路,其最大输出电压最高可达28V,可以为最多8颗LED提供恒流驱动,还可以通过 PWM 信号对 LED 的亮度进行控制,其效率与输人电压和负载等多种因素有关,最高可达87% ,电流不超过 20mA 。对于 LED 颗数比较少的情况,还可以采用恒压驱动,如图8所示,为XC6 371 升压电路原理图,其外围器件非常少,是最简单的 DC / DC 转换器之一,输人电压最低只需。 gv 即可启动工作,随着输人电压的升高,其转换效率也会提高,通过合理选择外围器件,最高转换效率大约 85 %左右。
对于以普通市电为电源的情况, LED 驱动电路相对更成熟,小功率 LED 光源可以采用电容降压实现恒流驱动,对于大电流情况,可以采用开关恒流驱动电路,效率较高,可达 80 % ,成本也相对低廉。
图 6HV9903 接线图
图 7 TPS6 14 接线图
图 8 XC6371 典型电路图