LED驱动电源

LED驱动电源的写法

LED驱动电源介绍

LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。

如何推进发展

随着原油、煤炭价格的逐轮高涨，非再生能源面临枯竭。同时因全球气候变暖问题日趋严重，近年来关于节能减排的相关话题持续升温，促使各种节能省电的方案纷纷出台。其中，以能大幅减少功耗的LED照明取代传统荧光灯照明最为显着。全球各地也力推LED照明，涉及领域从室内照明到景观照明，甚至道路照明都已进入广泛应用阶段。随着LED组件品质及转换效率相关技术的突破，LED取代传统荧光灯的趋势愈发明显。业界专家认为在未来三至五年内，LED照明将成为照明技术的发展主流。随着科技部、国家发展和改革委员会与信息产业部等有关部门共同组织实施的“国家半导体照明工程”的正式启动，标志着中国高亮度LED产业已进入加速发展阶段，使得中国LED照明产业遇到了难得的发展机遇。特别是科技部推出“十城万盏”LED照明应用示范城市方案，大大促进了整个LED照明产业的快速发展。

在LED照明产业大放异彩的同时，作为LED灯具的核心部件之一的LED驱动电源已成为整个LED照明产业链发展的保障。驱动电源在整个灯具中的作用就好比人的心脏一样重要，驱动电源的品质直接制约了LED照明产品的可靠性。因此，在LED产业链逐步完善的今天，LED驱动电源的成熟也至关重要，其技术发展方向及可靠性成为LED驱动电源厂商首要解决的问题。我们从分析LED驱动电源的发展史、现状，可以更好的把握和促进未来LED驱动电源的良性发展。

质量控制方法

2009年LED产业逆市增长,显示了很强的发展势头。在LED应用的大面积推广中,LED驱动电源的高可靠性成为产业链中最核心部分。美国能源之星5.0和UL8750LED照明安全标准也对LED驱动电源做出了严格的要求,各路灯厂家纷纷诉苦,目前影响LED路灯品质的90[%]因素,就是LED驱动电源的品质。

LED路灯主要用于室外环境,要长年经受风吹雨淋、雷鸣电闪的恶劣环境；在南方,外界气温部分时间可能高达40℃~50℃,而在我国寒冷的北方,外界气温部分时间则可能低到-20℃~-30℃。因此LED路灯电源的设计和制造工艺就更加要注意质量问题。

经过***1年多来对全国LED路灯厂家的调研,目前在LED路灯电源领域处于领头羊位置的深圳茂硕电源,已经彻底解决了各应用厂商因电源品质不可靠而带来的困扰。2009年茂硕电源在大功率路灯电源市场已占到65[%]以上。各大厂商都高度赞扬茂硕电源的高可靠性,短短几年就能凭借优良的产品品质脱颖而出,赢得LED路灯电源领军者地位,好奇心驱使我们,对茂硕科技这家电源行业民族品牌企业进行了探访揭秘。

首先,茂硕科技具有多项军工专利技术,全球的设计,强大的研发团队,细致的评估为茂硕电源的品质奠定了坚实的基础。

其次,针对LED特性和大功率LED路灯所特有的高可靠需求,茂硕电源在设计选用元器件方面,预留了足够的元器件设计余量,一般元器件余量为50[%]-60[%],关键元器件余量相对更为充分。

第三,对高品质元件的选择,如：电解电容,IC,功率半导体、磁性元件等,茂硕严格按设计要求订购世界品牌产品,产地、物料、入料、渠道层层把关。

最重要的是,严格进行各项品质验证和测试程序,并积极投入。2009年初,茂硕即投资1500万元与中国着名高等学府北京大学合作建立工程技术中心,所有新开发设计产品必须经过严格的应力分析、EVT、SVT、DVT等测试和MTBF的计算与实验验证,才会允许上线试产,生产过程采用了严格的制造工艺和条形码管理等品质控制手段。

在设计时便把电源起机温度规范在-40℃~70℃,茂硕驱动电源独有的PFC电路及内部屏蔽结构,充分解决了并保证在任何恶劣环境下,电源都能正常起机；通过半年多时间对灌胶工艺的不断研究,调配出密封性、散热性的灌封胶配比,做到产品“滴水不进”；驱动电源防雷达到6KV以上。最终满足产品设计寿命50000H,为整个LED灯具寿命提供了有力保障。

茂硕LED驱动电源能符合美国能源之星5.0版要求,同时,茂硕LED驱动电源已经取得UL8750相关指令认证,走在LED驱动电源行业最前端。而一般电源厂家从技术上暂时还无法达到这个水平,这正突显了茂硕LED电源在市场上的技术和品质竞争优势,使茂硕LED驱动电源业务能够实现批量化,从而实现物料的大批量采购,也能降低物料成本和产品成本。

标准化,产业化,才能让LED产业链批量化,以限度地降低整个LED灯具的成本,使其在与传统灯具成本的比拼上,取得更大优势。为此,深圳LED产业联合会正在加紧制定LED相关标准以规范LED产业,使LED产业良性快速发展。

节能、减排产品必将成为未来电子产品的主流

对于未来LED驱动电源的趋势,环保、高效,是未来电子产品发展趋势,节能、减排产品必将成为未来电子产品的主流。2009年哥本哈根会议虽然就全世界气候变暖问题因各国利益不能均衡未达成好的结果,但至少可以看到全世界各国已相当重视环境及资源保护问题。中国是一个大国,也是一个能源消耗大国,从近年国家相关政策看,节能减排已提上议程。LED产业在政府的关心和推动下,在近五年内将会有一个翻天覆地的变化。

从路灯厂商反馈的测试数据来看,应LED灯具对LED驱动电源使用控制及二次节能要求,茂硕LED驱动电源整机系统设计效率(EFF)在90[%]~95[%]之间,相对传统的LED电源系统效率(EFF)80[%]左右提高了10多个百分点；PFC值则可达到0.95~1.0之间,此两个指标来源于茂硕电源独有的军工电源专利技术设计。

而且LED驱动电源今后将向集中智能控制和数字化控制方面发展,据了解茂硕早已致力于拥有这部分功能LED驱动电源的设计开发,多项技术已向国家相关机构提出专利申请,比如电力载波无级调光LED多路驱动恒流系统及控制器,远程无级调光LED多路驱动恒流系统及恒流源,基于主动式红外线智能控制的电源和系统,基于被动式红外线智能控制的电源和系统等多项专利技术。

拓扑结构

采用AC-DC电源的LED照明应用中,电源转换的构建模块包括二极管、开关管(FET)、电感及电容及电阻等分立元件用于执行各自功能,而脉宽调制(PWM)稳压器用于控制电源转换。电路中通常加入了变压器的隔离型AC-DC电源转换包含反激、正激及半桥等拓扑结构,参见图1,其中反激拓扑结构是功率小于30W的中低功率应用的标准选择,而半桥结构则最适合于提供更高能效/功率密度。就隔离结构中的变压器而言,其尺寸的大小与开关频率有关,且多数隔离型LED驱动器基本上采用“电子”变压器。

图1：常见的隔离型拓扑结构。

采用DC-DC电源的LED照明应用中,可以采用的LED驱动方式有电阻型、线性稳压器及开关稳压器等,基本的应用示意图参见图2。电阻型驱动方式中,调整与LED串联的电流检测电阻即可控制LED的正向电流,这种驱动方式易于设计、成本低,且没有电磁兼容(EMC)问题,劣势是依赖于电压、需要筛选(binning)LED,且能效较低。线性稳压器同样易于设计且没有EMC问题,还支持电流稳流及过流保护(foldback),且提供外部电流设定点,不足在于功率耗散问题,及输入电压要始终高于正向电压,且能效不高。开关稳压器通过PWM控制模块不断控制开关(FET)的开和关,进而控制电流的流动。

图2：常见的DC-DCLED驱动方式。

开关稳压器具有更高的能效,与电压无关,且能控制亮度,不足则是成本相对较高,复杂度也更高,且存在电磁干扰(EMI)问题。LEDDC-DC开关稳压器常见的拓扑结构包括降压(Buck)、升压(Boost)、降压-升压(Buck-Boost)或单端初级电感转换器(SEPIC)等不同类型。其中,所有工作条件下输入电压都大于LED串电压时采用降压结构,如采用24Vdc驱动6颗串联的LED;与之相反,所有工作条件下输入电压都小于输出电压时采用升压结构,如采用12Vdc驱动6颗串联的LED;而输入电压与输出电压范围有交迭时可以采用降压-升压或SEPIC结构,如采用12Vdc或12Vac驱动4颗串联的LED,但这种结构的成本及能效最不理想。

采用交流电源直接驱动LED的方式近年来也获得了一定的发展,其应用示意图参见图3。这种结构中,LED串以相反方向排列,工作在半周期,且LED在线路电压大于正向电压时才导通。这种结构具有其优势,如避免AC-DC转换所带来的功率损耗等。但是,这种结构中LED在低频开关,故人眼可能会察觉到闪烁现象。此外,在这种设计中还需要加入LED保护措施,使其免受线路浪涌或瞬态的影响。

图3：直接采用交流驱动LED的示意图。

选择设计考虑问题

LED是具有二极管特性的发光管，它只能单方向通电。通常LED亮度输出与通过LED电流成正比，但白光LED在大电流下会出现饱和现象，发光效率大幅度降低，甚至失效，因此LED使用电流不能超过其规格额定值。另外，LED亮度输出与温度成反比，所以使用中应尽量减少电源发热和设计良好的散热系统。目前LED均采用直流驱动，因此在市电与LED之间需要加一个电源适配器即LED驱动电源。它的功能是把交流市电转换成合适LED的直流电。根据电网的用电规则和LED的驱动特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点：

1．高可靠性

特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。

2．高效率

LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。

3．高功率因素

功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。

4．驱动方式

现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。

5．浪涌保护

LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。

6．保护功能

电源除了常规的保护功能外，在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。

7防护方面

灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。

8驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。

9要符合安规和电磁兼容的要求。