如何DIY一個大功率白光LED驅動

如何DIY一個大功率白光LED驅動

本文主要介紹大功率LED的一些基本資料。

LED目前相對其他光源的優勢主要體現在體積，光效和壽命上，LED和其他光源的對比請參考這一篇文章《白光LED和其他光源的比較》，白光LED的發光原理很特別，是采用藍光核心，外加熒光粉，熒光粉依靠核心的激發產生復色光，和藍光混合之后，視覺上感覺是白色的。根據熒光粉的構成比例不同，白光LED也有不同色溫的產品。

大功率LED目前比較普遍的產品有兩種，一種是單核心（發光體），一種是多核心。

單核心產品在體積和重量等方面占有很大優勢，而且接近點光源，可以獲得良好的聚光效果，也能產生均勻的漫射，因此用途最廣。主要的用途是LED手電，頭燈，小型便攜式照明設備，小型閃光燈等。

缺點也很明顯，因為空間有限，單體功率不容易做大，功率提升到一定程度后，需要的散熱設備占據了LED的大部分封裝空間。

多核心產品是采用多個單核心的發光體，按照一定的規律排成發光體陣列，然后用串連和并聯的方式連接起來，封裝在同一個散熱基板上。多核心的優點是很容易制作超過10W的產品，缺點是發光體面積大，不容易實現聚焦。而且隨著功率增長，驅動需求也大幅度提高，相當多的多核心產品都要求10V甚至接近20V的驅動電壓和1A左右的驅動電流。

這里我們只討論單核心的產品，以Lumileds的產品系列為例： Lumileds的白光LED主要有1W,3W,5W和K2系列。1W,3W和5W產品都有額定的驅動電壓和電流，而K2則允許相當寬的驅動范圍，最大電流高達1.5A。

LED的個體差異比較大，一般我們認為，LED的正向壓降在3.0V到4.0V之間，額定狀態下，1W的驅動電流是350mA，3W是700mA-1A，而5W是700mA，依靠接近7V的正向壓降提升功率。

　　包括臺灣在內的一些地方廠家，使用Lumileds的核心，自己做封裝，生產了和Lumileds系列完全兼容的產品，價格上便宜一些，性能上相差也不大，只是批量產品的個體差異相對比較大。

　　LED的色溫和光效都不是恒定值，隨著驅動電流的升高，色溫會逐漸向暖色變化，而光效在電流達到一定數值之后，會隨著驅動電流的繼續增加而持續降低。

　　光效開始降低的那個驅動電流，實際上比額定電流小非常多，這個時候LED擁有最高的光效。但是為什么不把這個電流作為LED的額定驅動電流呢？很多人會有這個疑問。原因很簡單，大功率LED的存在，是以其能在有限空間內發揮更大的功率而設計的，并不是單純追求高光效。

　　最終LED能夠造成的實際照明效果，更多的是由外部的光學配件決定，大功率LED把核心壓縮在一個接近點光源的狀態，極大提高了對外部光學設備的利用率，從而有效的提升了最終的照明效果（從這個角度講，多核心LED是對這個優點的抹殺）。

　　LED的失效形式，除了物理破壞，反向擊穿等之外，主要是熱損壞，這使得對LED的保護主要集中在散熱上。而且，如果散熱良好，大功率 LED即使工作在超過其額定功率的狀態，也不會有很明顯的損壞，這和PC上對CPU超頻使用非常相似，因此LED的用戶也把這種超功率使用叫做“超頻”。

　　由于熱損壞是一種需要時間累積的破壞，因此LED短時間內工作在遠高于額定的狀態，一般也不會造成永久性的損壞。這個特性使得LED可以用平均電流符合其額定值，但是瞬間電流高于其額定值的脈沖電流驅動。

　　舉個例子：比如3W LED的額定驅動電流為700mA，那么我可以使用一個1.4A，占空比為50%的方波驅動。這個時候LED的平均功率仍然接近其額定值。但是由于LED在1.4A下的光效遠低于700mA，所以盡管功率接近，但是實際亮度卻會降低。

　　對于大功率LED的亮度調節，一般都是采用電流調節，但是官方推薦的方式卻是用PWM調節。這是為什么呢？其實原因也很簡單。

　　由于LED的電流/光通量曲線并非線性，單純調節電流并不能得到線性的光照效果，而PWM方式則可以更好的得到線性的結果。同時LED的色溫隨驅動電流變化，降低電流之后有可能會使得色溫偏離需求，而PWM方式只要開啟狀態的電流能夠達到色溫的要求，則最終色溫也一定滿足要求。

　　以上是大功率白光LED的一些資料，可能會和其他無論是官方還是權威的有所不同，不過這些都是實際使用和測試的結果，相信更加具有參考的價值。