LED的发光原理

LED中含有N型半导体和P型半导体。N型半导体带有额外电子，P型半导体富有“空穴”，多余电子可以通过空穴实现转移，从一个空穴转移到另一个空穴，从而产生电流，当有正向电流通过晶片时，电子就会与P区中的空穴进行结合，然后就会发射光子，这就是半导体发光二极管为什么会发光的原因。

LED的优点

⚫半导体发光二极管（Light Emitting Diode，LED），使用寿命长，可达到十万小时，耗电量小，较普通白炽灯更为稳定。较长的寿命赋予了发光二极管较好的稳定性，使发光二极管被广泛应用到工业生产中作为指示灯。

⚫LED作为冷光源，和身为暖光源的传统白炽灯相比，它所产生的热量比传统白炽灯低，进而有更多的电能转化为了光能，发光效率更高。传统白炽灯所转换的光能仅为其所受到的高温热辐射的10%左右。

虽然LED有诸多优点，但是却受到了LED驱动电源的制约，进而减小了LED成本优势。因此，现在需要设计的大功率LED驱动电源要更关注其功率因数、效率及安全性。

大功率LED驱动电源的设计要素

⚫功率因数符合国标GB/T17625.1-2003

⚫驱动电源要使LED所通过的电流在任何情况下保持稳定，根据建议，LED的电流波动最好保持在平均电流的20%之内

⚫驱动电源转换效率提高，达到节能目的，减少电源耗损，提高电源寿命及稳定性。

⚫寿命要与LED的相匹配

⚫为了安全性，一般采用隔离式电源拓扑结构。

2014年，Ma Yibo设计了一款功率为320W的LED路灯驱动电源，采用APFC+半桥LLC的两极电路拓扑结构模式。他设计的APFC电路基于Boost-APFC的改进型FOT模式，采用智能驱动芯片TEA1795T(外驱动)同步整流技术进一步提高电源的效率，有效降低了损耗。

320W LED恒流驱动电源硬件样机参数

⚫输入电压AC 100V-260V

⚫输出电压DC 40V/8A

⚫功率因数大于等于0.98

⚫转换效率大于92%

⚫输出恒定电流精度为±1%

【图1.样机总电路】

APFC主电路参数

⚫输入电压AC 100-260V

⚫输出电压400V

⚫输出功率320W

⚫功率因数（PF）大于等于0.98

⚫输出波纹电压变化率小于等于20%

【图2.FOT-APFC原理图】

【图3.改进型FOT方案电路图】

APFC中MOS管的选择参数

⚫输入峰值电流5.02A

⚫额定电压600V

可选择的VBsemi微碧MOS管型号：

①VBM165R20S 

②VBZM20N60

③VBMB165R20

④VBMB165R20S

⑤VBZMB20N65S

半桥LLC主电路的选择参数

⚫输入电压360-430V

⚫额定输入电压400V

⚫输出电流8A

⚫输出电压40V

⚫输出功率320W

⚫品质因数Qzvs=0.399

【图4.同步整流芯片在半桥LLC谐振变换器中的电路图】

半桥LLC谐振变换器中原边MOS管的选择参数

⚫峰值电流2.63A

⚫输入电压400V

可选择的VBsemi微碧MOS管型号：

①VBM165R20S

②VBZM20N60

③VBMB165R20 

④VBMB165R20S 

⑤VBZMB20N65S

半桥LLC谐振变换器中同步整流MOS管的选择参数

⚫耐压80V

⚫平均电流8A

可选择的VBsemi微碧MOS管型号：

①VBM1101N 

②VBMM1105 

③VBM1151N 

④VBZM80N10 

⑤VBZM40N10 

⑥VBZM80N03

参考文献

[1]李文龙,孙伟峰.浅析半导体发光二极管的原理及应用特点[J].科技风,2017(15):175.

[2]马义波. 基于半桥LLC谐振变换器的大功率LED驱动电源的研究[D].华南理工大学,2014.

[3] 林方盛,蒋晓波,江磊,刘木清.LED驱动电源综述[J].照明工程学报,2012,23(S1):96-101.

[4]王晓明,郭伟玲,高国,沈光地.LED——新一代照明光源[J].现代显示,2005(07):15-19+41.