簡介
LED驅(qū)動電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動LED發(fā)光的電源轉(zhuǎn)換器,通常情況下:LED驅(qū)動電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。而LED驅(qū)動電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。
特點(diǎn)
根據(jù)電網(wǎng)的用電規(guī)則和LED驅(qū)動電源的特性要求,在選擇和設(shè)計(jì)LED驅(qū)動電源時(shí)要考慮到以下幾點(diǎn):
1.高可靠性特別像LED路燈的驅(qū)動電源,裝在高空,有防水鋁殼驅(qū)動電源,質(zhì)量好的話不容易壞,減少維修次數(shù)。
2.高效率LED是節(jié)能產(chǎn)品,驅(qū)動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu),尤為重要。因?yàn)長ED的發(fā)光效率隨著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,在燈具內(nèi)發(fā)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(shù)功率因數(shù)是電網(wǎng)對負(fù)載的要求。一般70瓦以下的用電器,沒有強(qiáng)制性指標(biāo)。雖然功率不大的單個(gè)用電器功率因素低一點(diǎn)對電網(wǎng)的影響不大,但晚上大家點(diǎn)燈,同類負(fù)載太集中,會對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅(qū)動電源,據(jù)說不久的將來,也許會對功率因數(shù)方面有一定的指標(biāo)要求。
4.驅(qū)動方式現(xiàn)在通行的有兩種:其一是一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源,每個(gè)恒流源單獨(dú)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(diǎn)。另一種是直接恒流供電,LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。它的優(yōu)點(diǎn)是成本低一點(diǎn),但靈活性差,還要解決某個(gè)LED故障,不影響其他LED運(yùn)行的問題。這兩種形式,在一段時(shí)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。
5.浪涌保護(hù)LED抗浪涌的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。有些LED燈裝在戶外,如LED路燈。由于電網(wǎng)負(fù)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(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入,保護(hù)LED不被損壞的能力。
6.保護(hù)功能電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋,防止LED溫度過高。
7.防護(hù)方面燈具外安裝型,電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮,外殼要耐曬。
8.驅(qū)動電源的壽命要與LED的壽命相適配。
9.要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。
隨著LED的應(yīng)用日益廣泛,LED驅(qū)動電源的性能將越來越適合LED的要求。
綜上所述
購買驅(qū)動電源有兩點(diǎn)最重要
一:要認(rèn)準(zhǔn)電容的品牌,其中紅寶石,綠寶石特別知名,綠寶石電容比較常見,當(dāng)然價(jià)格要比其他不適品牌電容要貴幾毛錢。
二:是否帶IC控制芯片,因?yàn)镮C控制芯片具有止短路,過壓,過載,過溫等保護(hù)功能。
只要這兩點(diǎn)到位的驅(qū)動電源,質(zhì)量已經(jīng)非常好了。
分類
按驅(qū)動方式
?。?)恒流式:
a、恒流驅(qū)動電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化,負(fù)載阻值小,輸出電壓就低,負(fù)載阻值越大,輸出電壓也就越高;
b、恒流電路不怕負(fù)載短路,但嚴(yán)禁負(fù)載完全開路。
c、恒流驅(qū)動電路驅(qū)動LED是較為理想的,但相對而言價(jià)格較高。
d、應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值,它限制了LED的使用數(shù)量;
?。?)穩(wěn)壓式:
a、當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項(xiàng)參數(shù)確定以后,輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化;
b、穩(wěn)壓電路不怕負(fù)載開路,但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路。
c、以穩(wěn)壓驅(qū)動電路驅(qū)動LED,每串需要加上合適的電阻方可使每串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(jié)構(gòu)
?。?)電阻、電容降壓方式:通過電容降壓,在閃動使用時(shí),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(wǎng)電壓波動的影響,電源效率低、可靠性低。
?。?)電阻降壓方式:通過電阻降壓,受電網(wǎng)電壓變化的干擾較大,不容易做成穩(wěn)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(tǒng)的可靠也較低。
(3)常規(guī)變壓器降壓方式:電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%~60%,所以一般很少用,可靠性不高。
?。?)電子變壓器降壓方式:電源效率較低,電壓范圍也不寬,一般180~240V,波紋干擾大。
?。?)RCC降壓方式開關(guān)電源:穩(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高,一般可以做到70%~80%,應(yīng)用也較廣。由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續(xù),開關(guān)頻率不容易控制,負(fù)載電壓波紋系數(shù)也比較大,異常負(fù)載適應(yīng)性差。
?。?)PWM控制方式開關(guān)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(wěn)壓控制部分、開關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分。PWM開關(guān)穩(wěn)壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下,控制電路通過被控制信號與基準(zhǔn)信號的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋,調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件導(dǎo)通的脈沖寬度,使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定(即相應(yīng)穩(wěn)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(wěn)定。一般這種電路都有完善的保護(hù)措施,屬高可靠性電源。
電源安裝位置分類
驅(qū)動電源按安裝位置可分為外置電源和內(nèi)置電源。
?。?)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(xiǎn)的,就需要外置電源。與內(nèi)置電源的區(qū)別就是電源加了一個(gè)外殼,常見的有路燈。
?。?)內(nèi)置電源
就是把電源安裝在燈具內(nèi),一般都是電壓比較低,12v到24v,對人沒什么安全隱患。這個(gè)常見的有球泡燈。
不足
LED驅(qū)動電源目前存在不足的原因:
(1)生產(chǎn)LED照明及相關(guān)產(chǎn)品的公司的技術(shù)人員對開關(guān)電源的了解不夠,做出的電源是可以正常工作,但一些關(guān)鍵性的評估及電磁兼容的考慮不夠,還是有一定得隱患;
(2)大部分LED電源生產(chǎn)企業(yè)都是從普通的開關(guān)電源轉(zhuǎn)型過來做LED電源,對LED的特點(diǎn)及使用認(rèn)識還不夠;
(3)目前關(guān)于LED的標(biāo)準(zhǔn)幾乎沒有,大部分都是參考開關(guān)電源和電子整流器的標(biāo)準(zhǔn);
(4)現(xiàn)在大部分LED電源沒有統(tǒng)一,所以量大部分都比較小。采購量小,價(jià)格就偏高,而且元器件供應(yīng)商也不太配合;
(5)LED電源的穩(wěn)定性:寬電壓輸入,高溫和低溫工作,過溫、過壓保護(hù)等問題都沒有一一解決;
面臨挑戰(zhàn)
第一:提高壽命,延長燈具使用時(shí)間。驅(qū)動電路整體壽命,尤其是關(guān)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(qū)動器應(yīng)挑戰(zhàn)更高的轉(zhuǎn)換效率,尤其是在驅(qū)動大功率LED時(shí)更是如此,因?yàn)樗形醋鳛楣廨敵龅墓β识甲鳛闊崃亢纳ⅲ娫崔D(zhuǎn)換效率的過低,影響了LED節(jié)能效果的發(fā)揮;
第三:降低成本,提高可購買性。目前在功率較?。?-5W)的應(yīng)用場合,恒流驅(qū)動電源成本所占的比重已經(jīng)接近1/3,已經(jīng)接近了光源的成本,一定程度上影響了市場推廣。
電源設(shè)計(jì)
LED驅(qū)動電源設(shè)計(jì)并不難,但一定要心中有數(shù)。只要做到調(diào)試前計(jì)算,調(diào)試時(shí)測量,調(diào)試后老化,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,也沒見過哪個(gè)專家說過。以前問過LED廠這個(gè)數(shù)據(jù),他們說30%以內(nèi)都可以接受,不過后來沒有經(jīng)過驗(yàn)證。建議還是盡量控制小點(diǎn)。如果散熱解決的不好的話,LED一定要降額使用。也希望有專家能給個(gè)具體指標(biāo),要不然影響LED的推廣。
2、芯片發(fā)熱
這主要針對內(nèi)置電源調(diào)制器的高壓驅(qū)動芯片。假如芯片消耗的電流為2mA,300V的電壓加在芯片上面,芯片的功耗為0.6W,當(dāng)然會引起芯片的發(fā)熱。驅(qū)動芯片的最大電流來自于驅(qū)動功率mos管的消耗,簡單的計(jì)算公式為I=cvf(考慮充電的電阻效益,實(shí)際I=2cvf,其中c為功率MOS管的cgs電容,v為功率管導(dǎo)通時(shí)的gate電壓,所以為了降低芯片的功耗,必須想辦法降低c、v和f。如果c、v和f不能改變,那么請想辦法將芯片的功耗分到芯片外的器件,注意不要引入額外的功耗。再簡單一點(diǎn),就是考慮更好的散熱吧。
3、功率管發(fā)熱
關(guān)于這個(gè)問題,也見到過有人在論壇發(fā)過貼。功率管的功耗分成兩部分,開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。要注意,大多數(shù)場合特別是LED市電驅(qū)動應(yīng)用,開關(guān)損害要遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗。開關(guān)損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅(qū)動能力和工作頻率有關(guān),所以要解決功率管的發(fā)熱可以從以下幾個(gè)方面解決:A、不能片面根據(jù)導(dǎo)通電阻大小來選擇MOS功率管,因?yàn)閮?nèi)阻越小,cgs和cgd電容越大。如1N60的cgs為250pF左右,2N60的cgs為350pF左右,5N60的cgs為1200pF左右,差別太大了,選擇功率管時(shí),夠用就可以了。B、剩下的就是頻率和芯片驅(qū)動能力了,這里只談?lì)l率的影響。頻率與導(dǎo)通損耗也成正比,所以功率管發(fā)熱時(shí),首先要想想是不是頻率選擇的有點(diǎn)高。想辦法降低頻率吧!不過要注意,當(dāng)頻率降低時(shí),為了得到相同的負(fù)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(dǎo)致電感進(jìn)入飽和區(qū)域。如果電感飽和電流夠大,可以考慮將CCM(連續(xù)電流模式)改變成DCM(非連續(xù)電流模式),這樣就需要增加一個(gè)負(fù)載電容了。
4、工作頻率降頻
這個(gè)也是用戶在調(diào)試過程中比較常見的現(xiàn)象,降頻主要由兩個(gè)方面導(dǎo)致。輸入電壓和負(fù)載電壓的比例小、系統(tǒng)干擾大。對于前者,注意不要將負(fù)載電壓設(shè)置的太高,雖然負(fù)載電壓高,效率會高點(diǎn)。對于后者,可以嘗試以下幾個(gè)方面:a、將最小電流設(shè)置的再小點(diǎn);b、布線干凈點(diǎn),特別是sense這個(gè)關(guān)鍵路徑;c、將電感選擇的小點(diǎn)或者選用閉合磁路的電感;d、加RC低通濾波吧,這個(gè)影響有點(diǎn)不好,C的一致性不好,偏差有點(diǎn)大,不過對于照明來說應(yīng)該夠了。無論如何降頻沒有好處,只有壞處,所以一定要解決。
5、電感或者變壓器的選擇
低成本1W大功率LED實(shí)用驅(qū)動電源
大功率LED比日光燈具有更高的發(fā)光效率和使用壽命。人們應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用方式另外加裝散熱器。目前,國產(chǎn)3W發(fā)白光的LED零售價(jià)為15元,但由于3W大功率LED質(zhì)量還不夠可靠,暫不宜使用。5W大功率LED只有進(jìn)口貨,每只售價(jià)高達(dá)60元,僅適用于特殊要求的燈光工程之中,最適合人們家里作照明用的就是國產(chǎn)1W發(fā)光二極管。
鑒于大功率發(fā)光二極管工作電壓僅為3V,通過全橋整流將220V交流電變成直流電,在全橋上的電壓降約為1.8V,只驅(qū)動一只發(fā)光二極管工作的電能利用效率僅為60%。必須把3只以上發(fā)光二極管串聯(lián)起來工作,才能使總的電能利用效率超過80%。
根據(jù)3基色合成白光原理,將紅、綠、藍(lán)3只1W大功率發(fā)光二極管串聯(lián)起來工作,就可以獲得相當(dāng)于3W發(fā)白光的LED所達(dá)到的亮度。同時(shí)還可以組合出6種彩色光線,滿足人們對變換彩光的喜好。為了避免電能浪費(fèi),使用市電做LED驅(qū)動電源應(yīng)采用電容器做降壓限流元件。
用洗衣機(jī)電機(jī)所配的常規(guī)4.7μ/AC400V電容器做降壓限流元件可提供325mA工作電流,正好與1W大功率LED額定工作電流相同。購買紅、綠、藍(lán)3只1W大功率LED共需20元,比購買1只3W發(fā)白光的LED貴5元。但3W大功率LED的工作電流是1W大功率LDE的3倍,需要使用容量為14μ的電容器做降壓限流元件,而購買1只14μ/AC400V電容器比購買1只4.7μ/400V電容器又要高出5元,綜合成本并不合算。1W大功率LED的實(shí)用驅(qū)動電源見附圖,其中:C3電容的主要作用是在剛接通220V市電時(shí)防止可能產(chǎn)出的瞬間大電流通過LED使其受到損壞,VS1可控硅則是防止負(fù)載開路時(shí)在C3兩端產(chǎn)生高壓使其嚴(yán)重發(fā)熱爆炸。VDS1觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓為30V~40V,正常狀況下C3兩端電壓不超過10V,VDS1一直截止,VS1也截止。只有在負(fù)載電路斷掉或LED內(nèi)部開路情況下,C3兩端電壓剛升到30V~40V時(shí)VS1才即刻導(dǎo)通并維持導(dǎo)通狀態(tài)。排除故障重新接通電源,VS1即自動恢復(fù)截止?fàn)顟B(tài)。
如果只要求3只大功率LED一起發(fā)光,電源驅(qū)動電路中的VT1~VT9和R3~R9可全部不用。該部分電路專門為控制紅、綠、藍(lán)3只LDE的發(fā)光狀態(tài)而設(shè)計(jì),A、B、C三端懸空或接到直流負(fù)端相對中點(diǎn)上,VT1、VT4、VT7~VT9截止,VT2、VT3、VT5、VT6導(dǎo)通,LED2和LED3分別被VT2和VT3短路,只有LED1工作發(fā)光。
單獨(dú)將B端接到直流正端,將使VT8導(dǎo)通,VT5和VT2隨之截止,LED2工作發(fā)光。單獨(dú)將C端接到直流正端,將使VT9導(dǎo)通,VT6和VT3隨之截止,LED3工作發(fā)光。與此同時(shí),B端或C端接到直流正端,都可使VT4導(dǎo)通、VT1隨之導(dǎo)通,LED1被VT1短路不工作。但將A端接到直流正端,將使VT7導(dǎo)通,強(qiáng)制讓BG4截止,VT1隨之截止,LED1工作發(fā)光。這樣,無論A、B、C三端處于何種狀態(tài),總有至少一只發(fā)光管工作。而通過對加在A、B、C三端上的電平控制,就可以使3只發(fā)光按照需要的組合進(jìn)行發(fā)光。
A、B、C三端上的電平可以采用普通開關(guān)進(jìn)行控制,也可以使用3只D觸發(fā)器和一只按鍵來實(shí)現(xiàn)循環(huán)變換。當(dāng)然還可以把6只LED串聯(lián)起來工作,用專門的彩燈控制IC來實(shí)現(xiàn)動態(tài)變化。有興趣者還可以將控制電路再進(jìn)一步設(shè)計(jì)成紅外遙控電路,安裝在臥室中更有一番味道。
注意事項(xiàng)
根據(jù)電網(wǎng)的用電的特點(diǎn),led特性的要求以及相關(guān)LED產(chǎn)品,在選擇LED驅(qū)動電源時(shí)要考慮到以下幾點(diǎn):
總體原則
a、根據(jù)LED電流和電壓特點(diǎn),比較理想的是使用恒流驅(qū)動。它能避免LED正向電壓的改變而引起電流變動,同時(shí)恒定的電流使LED的亮度穩(wěn)定。
b、另外,LED光通量與溫度成反比,所以使用中應(yīng)盡量減少電源發(fā)熱和設(shè)計(jì)良好的散熱系統(tǒng)。從而降低LED工作的環(huán)境溫度。
c、為了保證LED產(chǎn)品的整體壽命,必須將LED的結(jié)溫控制在一定的范圍內(nèi),也就是要控制好LED產(chǎn)品的工作環(huán)境溫度。
1、高可靠性
LED產(chǎn)品主要是有LED芯片和電源,散熱外殼,控制電路等組成。其中LED電源的好壞直接影響了產(chǎn)品的好壞。特別是LED路燈產(chǎn)品,由于裝在高空,維修不方便,維修的花費(fèi)也大。
2、高效率
LED是節(jié)能產(chǎn)品,驅(qū)動電源也要符合節(jié)能的要求。特別是電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu),尤為重要。因?yàn)長ED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降。電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小,也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。
3、恒流驅(qū)動方式
為了配合LED的伏安特性,所以LED電源必須使用恒流驅(qū)動的方式。
4、浪涌保護(hù)
LED抗沖擊能力比較差,所以要加強(qiáng)這方面的保護(hù)。特別是一些裝在戶外的產(chǎn)品,電網(wǎng)負(fù)載的啟停和雷擊都會對電源有沖擊。因此LED驅(qū)動電源的輸入端要有抑制浪涌的保護(hù)電路,避免開關(guān)瞬間損壞LED。
5、溫度保護(hù)功能
電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外,最好在恒流輸出中增加LED芯片溫度負(fù)反饋,防止LED芯片PN結(jié)溫度過高。
6、LED電源壽命
要提高LED驅(qū)動電源壽命,就需要從多方面來改善:使用較高壽命的電容,提高電源效率,做好電源的散熱功能,優(yōu)化燈具的散熱設(shè)計(jì)。LED電源屬于開關(guān)電源,開關(guān)電源的質(zhì)量與可靠性取決于其電路設(shè)計(jì),生產(chǎn)工藝,及器件的質(zhì)量。電解電容是大功率開關(guān)電源中必不可少的組成部分。而開關(guān)電源的正常工作壽命要取決于電源所使用的電解電容的壽命,電解電容的壽命又取決于電容本身的壽命及工作溫度,電解電容在不同的溫度下其工作壽命差異很大。
7、工作環(huán)境
由于各個(gè)地方環(huán)境的不同,要著重考慮LED燈具工作場所的環(huán)境,如:溫度、濕度、安裝位置等。
考慮到電源的工作方式,如果不加軟啟動電路,通電瞬間,輸出會有一個(gè)電壓尖峰。為更好的保護(hù)LED,所以需要加軟啟動電路。這一點(diǎn)正是驅(qū)動電源穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵因素。
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