特點
根據電網的用電規則和LED驅動電源的特性要求,在選擇和設計LED驅動電源時要考慮到以下幾點:
1.高可靠性。特别像LED路燈的驅動電源,裝在高空,有防水鋁殼驅動電源,質量好的話不容易壞,減少維修次數。
2.高效率 LED是節能産品,驅動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具内的結構,尤為重要。因為LED的發光效率随着LED溫度的升高而下降,所以LED的散熱非常重要。電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具内發熱量就小,也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。
3.高功率因數。功率因數是電網對負載的要求。一般70瓦以下的用電器,沒有強制性指标。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大,但晚上大家點燈,同類負載太集中,會對電網産生較嚴重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅動電源,據說不久的将來,也許會對功率因數方面有一定的指标要求。
4.驅動方式。 現在通行的有兩種:其一是一個恒壓源供多個恒流源,每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式,組合靈活,一路LED故障,不影響其他LED的工作,但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電,LED串聯或并聯運行。它的優點是成本低一點,但靈活性差,還要解決某個LED故障,不影響其他LED運行的問題。這兩種形式,在一段時間内并存。多路恒流輸出供電方式,在成本和性能方面會較好。也許是以後的主流方向。
5.浪湧保護。LED抗浪湧的能力是比較差的,特别是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外,如LED路燈。由于電網負載的啟甩和雷擊的感應,從電網系統會侵入各種浪湧,有些浪湧會導緻LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪湧的侵入,保護LED不被損壞的能力。
6.保護功能。電源除了常規的保護功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋,防止LED溫度過高。
7.防護方面。燈具外安裝型,電源結構要防水、防潮,外殼要耐曬。
8.驅動電源的壽命要與LED的壽命相适配。
9.要符合安規和電磁兼容的要求。
随着LED的應用日益廣泛,LED驅動電源的性能将越來越适合LED的要求。
分類
按驅動方式
(1)恒流式:
a、恒流驅動電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻随着負載阻值的大小不同在一定範圍内變化,負載阻值小,輸出電壓就低,負載阻值越大,輸出電壓也就越高。
b、恒流電路不怕負載短路,但嚴禁負載完全開路。
c、恒流驅動電路驅動LED是較為理想的,但相對而言價格較高。
d、應注意所使用最大承受電流及電壓值,它限制了LED的使用數量。
(2)穩壓式:
a、當穩壓電路中的各項參數确定以後,輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻随着負載的增減而變化。
b、穩壓電路不怕負載開路,但嚴禁負載完全短路。
c、以穩壓驅動電路驅動LED,每串需要加上合适的電阻方可使每串LED顯示亮度平均。
d、亮度會受整流而來的電壓變化影響。
按電路結構
(1)電阻、電容降壓方式:通過電容降壓,在閃動使用時,由于充放電的作用,通過LED的瞬間電流極大,容易損壞芯片。易受電網電壓波動的影響,電源效率低、可靠性低。
(2)電阻降壓方式:通過電阻降壓,受電網電壓變化的幹擾較大,不容易做成穩壓電源,降壓電阻要消耗很大部分的能量,所以這種供電方式電源效率很低,而且系統的可靠也較低。
(3)常規變壓器降壓方式:電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般隻有45%~60%,所以一般很少用,可靠性不高。
(4)電子變壓器降壓方式:電源效率較低,電壓範圍也不寬,一般180~240V,波紋幹擾大。
(5)RCC降壓方式開關電源:穩壓範圍比較寬、電源效率比較高,一般可以做到70%~80%,應用也較廣。由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續,開關頻率不容易控制,負載電壓波紋系數也比較大,異常負載适應性差。
(6)PWM控制方式開關電源:主要由四部分組成,輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩壓控制部分、開關能量轉換部分。PWM開關穩壓的基本工作原理就是在輸入電壓、内部參數及外接負載變化的情況下,控制電路通過被控制信号與基準信号的差值進行閉環反饋,調節主電路開關器件導通的脈沖寬度,使得開關電源的輸出電壓或電流穩定(即相應穩壓電源或恒流電源)。電源效率極高,一般可以做到80%~90%,輸出電壓、電流穩定。一般這種電路都有完善的保護措施,屬高可靠性電源。
電源安裝位置分類
驅動電源按安裝位置可分為外置電源和内置電源。
(1)外置電源
顧名思義,外置電源就是把電源安裝在外面的。一般電壓比較高,對人有安全危險的,就需要外置電源。與内置電源的區别就是電源加了一個外殼,常見的有路燈。
(2)内置電源
就是把電源安裝在燈具内,一般都是電壓比較低,12v到24v,對人沒什麼安全隐患。這個常見的有球泡燈。
發展趨勢
(1)針對LED的特點開發一系列恒壓恒流控制電子電路,利用集成電路技術将每顆LED的輸入電流控制在最佳電流值,使得LED能獲得穩定的電流,并産生最高的輸出光通量。LED驅動電源在輸入電壓和環境溫度等因素發生變動的情況下最好能控制LED電流的大小。
(2)LED驅動電源具有智能控制功能,使LED的負載電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預先設計的水平上。當負載電流因各種因素而産生變化時,初級控制IC可以通過控制開關使負載電流回到初始設計值上。
(3)在控制電路電路設計方面,要向集中控制,标準模塊化,系統可擴展性三方面發展。
(4)在目前LED光效和光通量有限的情況下,充分發揮LED色彩多樣性的特點,開發變色LED燈飾的控制電路。
不足
LED驅動電源目前存在不足的原因:
(1) 生産LED照明及相關産品的公司的技術人員對開關電源的了解不夠,做出的電源是可以正常工作,但一些關鍵性的評估及電磁兼容的考慮不夠,還是有一定得隐患;
(2) 大部分LED電源生産企業都是從普通的開關電源轉型過來做LED電源,對LED的特點及使用認識還不夠;
(3) 目前關于LED的标準幾乎沒有,大部分都是參考開關電源和電子整流器的标準;
(4) 現在大部分LED電源沒有統一,所以量大部分都比較小。采購量小,價格就偏高,而且元器件供應商也不太配合;
(5) LED電源的穩定性:寬電壓輸入,高溫和低溫工作,過溫、過壓保護等問題都沒有一一解決。
面臨挑戰
第一:提高壽命,延長燈具使用時間。驅動電路整體壽命,尤其是關鍵器件如:電容在高溫下的壽命直接影響到電源的壽命;
第二:提高效率,提高燈具的光效。LED驅動器應挑戰更高的轉換效率,尤其是在驅動大功率LED時更是如此,因為所有未作為光輸出的功率都作為熱量耗散,電源轉換效率的過低,影響了LED節能效果的發揮;
第三:降低成本,提高可購買性。目前在功率較小(1-5W)的應用場合,恒流驅動電源成本所占的比重已經接近1/3,已經接近了光源的成本,一定程度上影響了市場推廣。
電源設計
LED驅動電源設計并不難,但一定要心中有數。隻要做到調試前計算,調試時測量,調試後老化,相信誰都可以搞好LED。
1、LED電流大小
大家都知道LEDripple過大的話,LED壽命會受到影響,影響有多大,但目前沒有具體的指标。
2、芯片發熱
這主要針對内置電源調制器的高壓驅動芯片,降低芯片的功耗,不要引入額外的功耗,做好散熱。
3、功率管發熱
關于這個問題,也見到過有人在論壇發過貼。功率管的功耗分成兩部分,開關損耗和導通損耗。LED市電驅動應用,開關損害要遠大于導通損耗。開關損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅動能力和工作頻率有關,所以要解決功率管的發熱可以從以下幾個方面解決:
A、不能片面根據導通電阻大小來選擇MOS功率管,因為内阻越小,cgs和cgd電容越大。
B、剩下的就是頻率和芯片驅動能力了,這裡隻談頻率的影響。頻率與導通損耗也成正比,所以功率管發熱時,首先要想想是不是頻率選擇的有點高。當頻率降低時,為了得到相同的負載能力,峰值電流必然要變大或者電感也變大,這都有可能導緻電感進入飽和區域。如果電感飽和電流夠大,可以考慮将CCM(連續電流模式)改變成DCM(非連續電流模式),這樣就需要增加一個負載電容了。
4、工作頻率降頻
降頻主要由兩個方面導緻。輸入電壓和負載電壓的比例小、系統幹擾大。對于前者,注意不要将負載電壓設置的太高,雖然負載電壓高,效率會高點。對于後者,可以嘗試以下幾個方面:a、将最小電流設置的再小點;b、布線幹淨點,特别是sense這個關鍵路徑;c、将電感選擇的小點或者選用閉合磁路的電感;d、加RC低通濾波吧,這個影響有點不好,C的一緻性不好,偏差有點大,不過對于照明來說應該夠了。
5、電感或者變壓器的選擇
鑒于大功率發光二極管工作電壓僅為3V,通過全橋整流将220V交流電變成直流電,在全橋上的電壓降約為1.8V,隻驅動一隻發光二極管工作的電能,利用效率僅為60%。必須把3隻以上發光二極管串聯起來工作,才能使總的電能利用效率超過80%。根據3基色合成白光原理,将紅、綠、藍3隻1W大功率發光二極管串聯起來工作,就可以獲得相當于3W發白光的LED所達到的亮度 。同時還可以組合出6種彩色光線,滿足人們對變換彩光的喜好。
解析LED照明的驅動電源的問題
為了節能省電,LED得到了很大的推廣,但LED都需要有個電源驅動,其好壞會直接影響LED的壽命,因此如何做好一個LED驅動電源是LED電源設計者的重中之重。
我們所說的LED驅動包括數碼驅動和類比驅動兩類,數碼驅動指數字電路驅動,包括數字調光控制,RGB全彩變幻等。類比驅動指類比電路驅動,包括AC恒流開關電源,DC恒流控制電路。驅動電路由電子元件組成,包括半導體元件,電阻,電容,電感等,這些元件都有使用壽命,任何一個器件失效都會導緻整個電路的失效或者部分功能失效。
LED為冷光源,工作結溫不能超過限值,設計時還要留一定馀量。整個燈具的設計要考慮外形美觀,安裝方便,配光,散熱等很多方面問題,要在衆多因素中尋求平衡點,這樣整體的燈具才是最好的。LED燈具的發展時間不長,可以借鑒的經驗不多,很多設計都是不斷完善的。
有些LED燈具廠家所用電源為外協或者外購,燈具設計師對電源了解不多,給LED的散熱空間較大,給電源的散熱空間較小。一般是設計好燈具後再找合适的電源來配套,這樣就給電源的配套帶來一定的難度。經常碰到因燈具内部空間較小或者内部溫度較高,而且成本控制較低,無法配到合适電源。有些LED燈具廠有電源研發能力,在開始設計燈具初期進行評估,電源的設計同步進行,就能解決以上問題。在設計中要綜合考慮LED的散熱和電源的散熱,整體控制燈具的溫升,這樣才能設計出較好的燈具。
a,功率設計。雖然LED光效高,但是還有80-85%的熱能損耗,緻使燈具内部有20-30度的溫升,如果室溫25度情況,燈具内部就有45-55度,電源長時間在高溫環境下工作,要保證壽命就必須加大功率馀量,一般留到1.5-2倍的馀量。
b,元件選型。燈具内部溫度45-55度情況下,電源内部溫升還有20度左右,則元件附近的溫度要達到65-75度。有些元件在高溫情況參數會飄移,還有些壽命會縮短,所以器件要選擇能在較高溫度長時間使用的,特别注意電解電容和導線。
C,電性能設計。開關電源針對LED的參數設計,主要是恒流參數,電流的大小決定LED的亮度,如果批量電流誤差較大,則整批燈的亮度不均勻。而且溫度的變化也能緻使電源輸出電流偏移。一般是批量誤差控制在+/-5%以内,才能保證燈的亮度一緻。LED的正向壓降有偏差,電源設計的恒流電壓範圍要包含LED的電壓範圍。多個LED串連使用時候,最小壓降乘以串連數量為下限電壓,最大壓降乘以串連數量為上限電壓,電源的恒流電壓範圍要比這個範圍稍寬些,一般上下限各留1-2V馀量。
d,PCB布闆設計。LED燈具留給電源的尺寸較小(除非是電源外置的),所以在PCB設計上要求較高,要考慮的因素也多。安全距離要留夠,要求輸入和輸出隔離的電源,一次側電路和二次側電路要求耐壓1500-2000VAC,在PCB上至少要留夠3MM的距離。如果是金屬外殼的燈具,則整個電源的布闆還要考慮高壓部分和外殼的安全距離。如果沒有空間保證安全距離情況下就要利用其他措施保證絕緣,比如在PCB上打孔,加絕緣紙,灌封絕緣膠等。另外布闆還要考慮熱量均衡,發熱元件要均勻分布,不能集中放置,避免局部溫度升高。電解電容遠離熱源,減緩老化,延長使用壽命。
e,認證問題。目前國内還沒有針對LED燈具的标準,國家相關部門正在研究制訂,國内銷售的燈具認證是參照照明燈具的标準,外銷的是做CE或UL等認證,還有些參照國外的LED燈具标準來做。所以針對這種情況,開關電源的設計要同時滿足以上的這些标準是比較困難的,我們隻能針對不同的要求滿足不同的認證。
外購電源在選擇上主要看恒流和恒流的電壓範圍。恒流值選擇為LED的标準電流偏下。電壓範圍的選擇要适中,盡量不要選擇較大範圍,避免功率的浪費。



















