第一講:LED驅動電源設計的考慮要素及通用要求
發布時間:2013-04-15 責任編輯:abbywang
【導讀】除了散熱、高效率、低成本、可靠性、安全性的挑戰,LED照明應用還麵臨著調光無閃爍、大範圍調光和消除色偏等幾個方麵。這些挑戰需要綜合運用適當的LED驅動電源,選擇合適的驅動電路拓撲結構,還要注意浪湧等電路保護的問題。本月大講台將從這幾個方麵詳解LED驅動電源該如何設計?
根據LED驅動電源的特性要求和中國電網的現用的規則以及出口國家的要求,我們在設計LED驅動電源的時候應該要注意以下幾點要素:
1.驅動方式。現在LED驅動電源驅動方式主要通行的有兩種:其一是直接恒流供電,LED串聯或並聯運行。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。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de工gong作zuo,但dan成cheng本ben會hui略lve高gao一yi點dian。這zhe兩liang種zhong形xing式shi,在zai一yi段duan時shi間jian內nei並bing存cun。多duo路lu恒heng流liu輸shu出chu供gong電dian方fang式shi,在zai成cheng本ben和he性xing能neng方fang麵mian會hui較jiao好hao。也ye許xu是shi以yi後hou的de主zhu流liu方fang向xiang。
2.高可靠性。特別像LED路燈的驅動電源,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驅動電源設計的考慮要素
4.高功率因素。功率因素是電網對負載的要求。一般70wayixiadeyongdianqi,meiyouqiangzhixingzhibiao。suirangonglvbudadedangeyongdianqigonglvyinsudiyidianduidianwangdeyingxiangbuda,danwanshangdajiadiandeng,tongleifuzaitaijizhong,huiduidianwangchanshengjiaoyanzhongdewuran。duiyu30瓦~40瓦的LED驅動電源,將來對功率因素方麵有一定的指標要求。提高70瓦以下LED驅動電源的功率因素,也是LED驅動生產廠家一次好的機遇。
5.浪湧保護。LED抗浪湧的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。加強這方麵的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外,如LED路燈。由於電網負載的啟甩和雷擊的感應,從電網係統會侵入各種浪湧,有些浪湧會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑製浪湧的侵入,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. 要符合安規和電磁兼容的要求。安規自有中國的一套標準,但做安規,LED驅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驅動生產商的要求。
8.驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配。
LED驅動器通用要求
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LED驅動器通用要求
驅動LED麵臨著不少挑戰,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,首選驅動串聯的單串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,用戶也可以采用並聯、串聯-並聯組合及交叉連接等其它排列方式,用於需要“相互匹配的”LED正向電壓的應用,並獲得其它優勢。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光源的規範決定著基本的驅動器要求。LED驅動器的主要功能就是在一定的工作條件範圍下限製流過LED的電流,而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅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驅動器的基本工作電路示意圖
值得一提的是,在LED照明設計中,AC-DC電源轉換與恒流驅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,均位於照明燈具內,這種配置的優勢包括優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,並增加靈活性。
LED驅動器根據不同的應用要求,可以采用恒定電壓(CV)輸出工作,即輸出為一定電流範圍下鉗位的電壓;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照明設計需要考慮以下幾方麵的因素:
. 輸出功率:涉及LED正向電壓範圍、電流及LED排列方式等
. 電源:AC-DC電源、DC-DC電源、直接采用AC電源驅動
. 功能要求:調光要求、調光方式(模擬、數字或多級)、照明控製
. 其他要求:能效、功率因數、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
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