【導讀】除了散熱、高效率、低成本、可靠性、安全性的挑戰(zhàn),LED照明應(yīng)用還面臨著調(diào)光無閃爍、大范圍調(diào)光和消除色偏等幾個方面。這些挑戰(zhàn)需要綜合運用適當?shù)腖ED驅(qū)動電源,選擇合適的驅(qū)動電路拓撲結(jié)構(gòu),還要注意浪涌等電路保護的問題。本月大講臺將從這幾個方面詳解LED驅(qū)動電源該如何設(shè)計?
根據(jù)LED驅(qū)動電源的特性要求和中國電網(wǎng)的現(xiàn)用的規(guī)則以及出口國家的要求,我們在設(shè)計LED驅(qū)動電源的時候應(yīng)該要注意以下幾點要素:
1.驅(qū)動方式。現(xiàn)在LED驅(qū)動電源驅(qū)動方式主要通行的有兩種:其一是直接恒流供電,LED串聯(lián)或并聯(lián)運行。它的優(yōu)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。另一種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。這兩種形式,在一段時間內(nèi)并存。多路恒流輸出供電方式,在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。
2.高可靠性。特別像LED路燈的驅(qū)動電源,裝在高空,維修不方便,維修的花費也大。所以必須保證高可靠性,像LED路燈驅(qū)動電源,對防水功能要求高,所以LED防水電源的防水功能必須要達到標準。
圖1:LED驅(qū)動電源設(shè)計的考慮要素
4.高功率因素。功率因素是電網(wǎng)對負載的要求。一般70瓦以下的用電器,沒有強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網(wǎng)的影響不大,但晚上大家點燈,同類負載太集中,會對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅(qū)動電源,將來對功率因素方面有一定的指標要求。提高70瓦以下LED驅(qū)動電源的功率因素,也是LED驅(qū)動生產(chǎn)廠家一次好的機遇。
5.浪涌保護。LED抗浪涌的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。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(wǎng)負載的啟甩和雷擊的感應(yīng),從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌,有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入,保護LED不被損壞的能力。這個也是戶外LED照明一個重要指標,未來的重要性不言而喻了。
6. 保護功能。電源除了常規(guī)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. 要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。安規(guī)自有中國的一套標準,但做安規(guī),LED驅(qū)動電源主要是參照國外標準,因為出口比較多,所以對電磁兼容也是有要求的,達到歐盟認證標準,一般是對LED驅(qū)動生產(chǎn)商的要求。
8.驅(qū)動電源的壽命要與LED的壽命相適配。
LED驅(qū)動器通用要求
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LED驅(qū)動器通用要求
驅(qū)動LED面臨著不少挑戰(zhàn),如正向電壓會隨著溫度、電流的變化而變化,而不同個體、不同批次、不同供應(yīng)商的LED正向電壓也會有差異;另外,LED的“色點”也會隨著電流及溫度的變化而漂移。
另外,應(yīng)用中通常會使用多顆LED,這就涉及到多顆LED的排列方式問題。各種排列方式中,首選驅(qū)動串聯(lián)的單串LED,因為這種方式不論正向電壓如何變化、輸出電壓(Vout)如何“漂移”,均提供極佳的電流匹配性能。當然,用戶也可以采用并聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)組合及交叉連接等其它排列方式,用于需要“相互匹配的”LED正向電壓的應(yīng)用,并獲得其它優(yōu)勢。如在交叉連接中,如果其中某個LED因故障開路,電路中僅有1個LED的驅(qū)動電流會加倍,從而盡量減少對整個電路的影響。
圖2:常見的LED排列方式
LED的排列方式及LED光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動器要求。LED驅(qū)動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED的電流,而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅(qū)動器基本的工作電路示意圖如圖2所示,其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒有物理上的電氣連接,最常用的是采用變壓器來電氣隔離,而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。
圖3:LED驅(qū)動器的基本工作電路示意圖
值得一提的是,在LED照明設(shè)計中,AC-DC電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動這兩部分電路可以采用不同配置:1)整體式(integral)配置,即兩者融合在一起,均位于照明燈具內(nèi),這種配置的優(yōu)勢包括優(yōu)化能效及簡化安裝等;2)分布式(distributed)配置,即兩者單獨存在,這種配置簡化安全考慮,并增加靈活性。
LED驅(qū)動器根據(jù)不同的應(yīng)用要求,可以采用恒定電壓(CV)輸出工作,即輸出為一定電流范圍下鉗位的電壓;也可以采用恒定電流(CC)輸出工作,輸出的設(shè)計能嚴格限定電流;也可能會采用恒流恒壓(CCCV)輸出工作,即提供恒定輸出功率,故作為負載的LED的正向電壓確定其電流。
總的來看,LED照明設(shè)計需要考慮以下幾方面的因素:
. 輸出功率:涉及LED正向電壓范圍、電流及LED排列方式等
. 電源:AC-DC電源、DC-DC電源、直接采用AC電源驅(qū)動
. 功能要求:調(diào)光要求、調(diào)光方式(模擬、數(shù)字或多級)、照明控制
. 其他要求:能效、功率因數(shù)、尺寸、成本、故障處理(保護特性)、要遵從的標準及可靠性等
. 更多考慮因素:機械連接、安裝、維修/替換、壽命周期、物流等