UV LED供電為什么要選擇使用恒流驅動電源

雅欣魚子醬

LED為何一定要恒流供電? 在討論此議題之前，什么是電源的恒流恒壓？

什么是電源的恒流恒壓
恒流，就是輸出電流是恒定的，但電源電流卻不是固定的，標稱的電壓只是安全上限；恒壓，就是輸出電壓是恒定的，但輸出電流卻不是固定的，標稱的電流只是最大上限。
大部分電器的電源適配器，例如手機、筆記本等，都是恒壓電源。恒流電源主要用于充電器內部，LED驅動器，電解反應專用的電源等場合。

恒流電源和恒壓電源的區別
恒流電源可以根據所需負載來調節輸出電壓，但輸出電壓不一定恒定；相反，恒壓電源可以根據所需負載來調節輸出電流，但輸出電流不一定恒定。
因此，在需要穩定輸出電流和靈活性較低的場合，恒流電源會比恒壓電源更適合；而在需要穩定輸出電壓和靈活性較高的場合，恒壓電源則更加適合。

那么，為什么LED要使用恒流電源供電呢？
在LED燈的驅動電路中，使用恒流電源可以使LED燈的亮度穩定，因為LED的亮度與電流成正比。如果使用恒壓電源，則在負載發生變化時會導致電流的波動，進而影響LED的亮度。
此外，由于LED的電阻和電壓之間的關系不是線性的，使用恒壓電源稍有偏離就可能導致電流劇烈變化，從而燒壞LED燈。因此，在LED驅動電路中，使用恒流電源可以更好地保護LED。
首先來看一下LED到底是什么樣的器件。因為LED的亮度是和它的正向電流成正比，而且一些LED的結構決定了它的散熱也就是功耗。所以大多數LED會給出額定電流，例如Φ5為20mA，1W的為350mA…等，但這并不等于LED只能工作于這些額定電流，更不意味著LED就是一個恒流器件。例如Cree的1瓦LED和3瓦LED是同一型號，電流從350mA加大到700mA，功率就從1W加大成3W，所以這個LED可以工作在350-700mA之間的任意值。

要深入了解這個問題首先要知道LED的伏安特性。

1、LED的伏安特性
LED的中文名字就是發光二極管，所以它本身就是一個二極管。它的伏安特性和一般的二極管伏安特性非常相似。只不過通常曲線很陡。
假如用干電池或蓄電池供電，那么因為LED伏安特性的非線性，很小的電壓變化就會引起很大的電流變化，上圖中電源電壓在3.3V時正向電流為20mA的LED，如果用3節干電池供電，新的電池電壓超過1.5V，3節就是4.5V，LED的電流就會超過100mA，很快就會燒壞。對于1W的大功率LED也是如此，圖2是某公司1W的LED伏安特性，而一個12V蓄電池的電壓，在充滿電到快放完電的電壓可以從14.5V降到10.5V。相差將近20%。從伏安特性上可以看出，電源電壓的10%的變化（3.4V-3.1V），就會引起正向電流的3.5倍的變化（從350mA變到100mA）。

2．伏安特性的溫度系數
到現在為止，還有很多人以為LED電壓定了，電流也就定了，所以采用恒壓和恒流是一樣的。實際上，LED的伏安特性并不是固定的，而是隨溫度而變化的，所以電壓定了，電流并不一定，而是隨溫度變化的。這是因為是LED是一個二極管，它的伏安特性具有負溫度系數的特點。

3．幾個LED并聯，能不能用恒壓電源？
由于LED伏安特性的離散性，不但不同廠家生產的同樣瓦數的LED伏安特性不一樣，就是同一廠家生產的同一型號的LED其伏安特性也是不同的。
很明顯，假如用恒壓電源3.4V供電，顯然流過每個LED的電流都不一樣，每個LED的亮度也就不一樣。所以不能采用恒壓電源供電。

4. 多個LED并聯后，采用恒壓電源供電，能不能用不同的串聯電阻來使電流平衡？
在常溫下是可以的，但在溫升以后就不能保持了。圖6中就顯示了這個問題，常溫下的LED伏安特性以實線表示，兩個LED的伏安特性在斜率上略有區別，在用恒壓電源Vo供電時，選用不同的電阻，可以得到同樣的正向電流Io。但是當溫度升高時，其伏安特性左移，如虛線所示。因為還是原來的恒壓和原來的電阻，此時的電流卻變成了I1和I2。不等于原來的Io了。

5. N個LED串聯后，假如用恒壓電源供電，其溫度效應（由溫升而引起的電流增加）將會擴大N倍
這是因為所有LED串聯以后相當于各個LED的伏安特性沿電壓軸串聯
溫升以后，N個伏安特性都左移，就使電流的增加也加大了N倍。如果采用恒流電源供電，那么溫升以后，仍然能夠保持電流恒定為Io。

6. 多個LED串聯時，采用恒流電源供電時，可以利用伏安特性的溫度效應推測其結溫的上升度數
在很多應用中（例如日光燈、路燈），往往將很多LED串聯，這時候，LED的溫度系數效應就更加明顯。因為采用恒流電源供電時其效果相當于把每一個LED的伏安特性沿電壓軸疊加。假如溫升為60度，那么伏安特性將會向左偏移0.12V，如果10個LED串聯，所有伏安特性全部左移，總偏移就會達到1.2V。這是相當可觀的數字。反過來也可以利用LED的這種特性來測量其結溫，例如有一個10串3并的LED組合，在接上恒流電源以后，測得其正向壓降從32.3V降低到30.6V。變化達1.7V。那么可以推測其結溫升高為1.7/10/.002=85度

7. 恒流供電時，在串并聯電路中如何保證每串的電流均衡
假如用恒流電源只供給一串LED，那當然是最理想的了。但是，假如要供給幾串并聯的LED那如何能保證每串中的電流一樣呢？是的，假如用恒流源供給幾串并聯的LED，由于LED伏安特性的離散性，各串的電流是一定不一樣的。但是實際上，由于各串LED不大可能某一串里都是正向電壓偏低的，另一串里都是正向電壓偏高的。而是會相對均勻分布，所以各串之間的電流不會相差很大。

8．在恒流供電的串并聯電路中，如何避免因某個LED損壞所引起的問題
假如只是兩串并聯，而且其中某一串的一個LED壞了（開路），這時候不但這一串不亮，而且所有的電流都會流到另一串，使得另一串的電流加大一倍，用不了多久也會壞掉。為了避免一個壞了一串不亮，那么可以采用全部并串聯的方法，也就是每串中的任何一個都和其他串中的同樣位置的LED并聯。這樣，任何一個壞了（開路），只是這一個不亮，其余的LED仍然都亮。但是假如并聯的LED只有兩串，其中有一個LED開路了，電流就都流到和它并聯的另一個LED中去，它的電流也加大一倍，使得這一個LED壽命不長，很快燒掉；假如燒壞是開路，那么就會導致所有LED全部不亮，但其它的LED損害并不嚴重，因為沒有長期工作于過流狀態。為了減小某一個LED損壞以后對其它LED的影響，希望并聯的LED串數越多越好。圖7中畫出了3串5并而且同行相并的圖。這時候，某一個LED壞了，總電流分散到其余的4個LED中，總電流在每一行所有并聯的LED中分配，正向電壓偏低的LED分到的電流就會大一些。但不致造成太大的危害。

三串五并中的每一個LED都和其它串中同樣位置的LED相并聯而且只是這一行的電流分到其余4路中去，而其它幾行都還是和原來一樣。假如LED壞的時候是短路而不是開路，那么這一行的其它幾個LED就都不亮了。 當然為了避免這個現象，最好的辦法是在每個LED上都并聯一個穩壓管，而各串之間不要并聯。這時候任何一個LED壞了（開路），穩壓管就導通，電流的分配關系變化很小。短路則就是少一個LED發光。

那么是不是恒壓電源在LED照明中就無用武之地了呢？完全不是這樣。

9．在市電LED路燈中采用恒壓開關電源加恒流模塊的方法供電
任何市電供電的系統里，都需要一個AC/DC的開關電源。有兩種供電方法，一種是在開關電源里加上恒流反饋控制電路，保證輸出電流恒定。但是這種方法大多只能單路大電流輸出，而且恒流的精度不高。還有一種是，前面采用恒壓電源，后面加很多路恒流模塊，這種方案靈活性很高，恒流精度也高。