LED驅(qū)動電源

LED驅(qū)動電源的寫法

LED驅(qū)動電源介紹

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)光的電壓轉(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。

如何推進(jìn)發(fā)展

隨著原油、煤炭價格的逐輪高漲，非再生能源面臨枯竭。同時因全球氣候變暖問題日趨嚴(yán)重，近年來關(guān)于節(jié)能減排的相關(guān)話題持續(xù)升溫，促使各種節(jié)能省電的方案紛紛出臺。其中，以能大幅減少功耗的LED照明取代傳統(tǒng)熒光燈照明最為顯著。全球各地也力推LED照明，涉及領(lǐng)域從室內(nèi)照明到景觀照明，甚至道路照明都已進(jìn)入廣泛應(yīng)用階段。隨著LED組件品質(zhì)及轉(zhuǎn)換效率相關(guān)技術(shù)的突破，LED取代傳統(tǒng)熒光燈的趨勢愈發(fā)明顯。業(yè)界專家認(rèn)為在未來三至五年內(nèi)，LED照明將成為照明技術(shù)的發(fā)展主流。隨著科技部、國家發(fā)展和改革委員會與信息產(chǎn)業(yè)部等有關(guān)部門共同組織實(shí)施的“國家半導(dǎo)體照明工程”的正式啟動，標(biāo)志著中國高亮度LED產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入加速發(fā)展階段，使得中國LED照明產(chǎn)業(yè)遇到了難得的發(fā)展機(jī)遇。特別是科技部推出“十城萬盞”LED照明應(yīng)用示范城市方案，大大促進(jìn)了整個LED照明產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

在LED照明產(chǎn)業(yè)大放異彩的同時，作為LED燈具的核心部件之一的LED驅(qū)動電源已成為整個LED照明產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的保障。驅(qū)動電源在整個燈具中的作用就好比人的心臟一樣重要，驅(qū)動電源的品質(zhì)直接制約了LED照明產(chǎn)品的可靠性。因此，在LED產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善的今天，LED驅(qū)動電源的成熟也至關(guān)重要，其技術(shù)發(fā)展方向及可靠性成為LED驅(qū)動電源廠商首要解決的問題。我們從分析LED驅(qū)動電源的發(fā)展史、現(xiàn)狀，可以更好的把握和促進(jìn)未來LED驅(qū)動電源的良性發(fā)展。

質(zhì)量控制方法

2009年LED產(chǎn)業(yè)逆市增長,顯示了很強(qiáng)的發(fā)展勢頭。在LED應(yīng)用的大面積推廣中,LED驅(qū)動電源的高可靠性成為產(chǎn)業(yè)鏈中最核心部分。美國能源之星5.0和UL8750LED照明安全標(biāo)準(zhǔn)也對LED驅(qū)動電源做出了嚴(yán)格的要求,各路燈廠家紛紛訴苦,目前影響LED路燈品質(zhì)的90[%]因素,就是LED驅(qū)動電源的品質(zhì)。

LED路燈主要用于室外環(huán)境,要長年經(jīng)受風(fēng)吹雨淋、雷鳴電閃的惡劣環(huán)境；在南方,外界氣溫部分時間可能高達(dá)40℃~50℃,而在我國寒冷的北方,外界氣溫部分時間則可能低到-20℃~-30℃。因此LED路燈電源的設(shè)計和制造工藝就更加要注意質(zhì)量問題。

經(jīng)過***1年多來對全國LED路燈廠家的調(diào)研,目前在LED路燈電源領(lǐng)域處于領(lǐng)頭羊位置的深圳茂碩電源,已經(jīng)徹底解決了各應(yīng)用廠商因電源品質(zhì)不可靠而帶來的困擾。2009年茂碩電源在大功率路燈電源市場已占到65[%]以上。各大廠商都高度贊揚(yáng)茂碩電源的高可靠性,短短幾年就能憑借優(yōu)良的產(chǎn)品品質(zhì)脫穎而出,贏得LED路燈電源領(lǐng)軍者地位,好奇心驅(qū)使我們,對茂碩科技這家電源行業(yè)民族品牌企業(yè)進(jìn)行了探訪揭秘。

首先,茂碩科技具有多項軍工專利技術(shù),全球的設(shè)計,強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊,細(xì)致的評估為茂碩電源的品質(zhì)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

其次,針對LED特性和大功率LED路燈所特有的高可靠需求,茂碩電源在設(shè)計選用元器件方面,預(yù)留了足夠的元器件設(shè)計余量,一般元器件余量為50[%]-60[%],關(guān)鍵元器件余量相對更為充分。

第三,對高品質(zhì)元件的選擇,如：電解電容,IC,功率半導(dǎo)體、磁性元件等,茂碩嚴(yán)格按設(shè)計要求訂購世界品牌產(chǎn)品,產(chǎn)地、物料、入料、渠道層層把關(guān)。

最重要的是,嚴(yán)格進(jìn)行各項品質(zhì)驗證和測試程序,并積極投入。2009年初,茂碩即投資1500萬元與中國著名高等學(xué)府北京大學(xué)合作建立工程技術(shù)中心,所有新開發(fā)設(shè)計產(chǎn)品必須經(jīng)過嚴(yán)格的應(yīng)力分析、EVT、SVT、DVT等測試和MTBF的計算與實(shí)驗驗證,才會允許上線試產(chǎn),生產(chǎn)過程采用了嚴(yán)格的制造工藝和條形碼管理等品質(zhì)控制手段。

在設(shè)計時便把電源起機(jī)溫度規(guī)范在-40℃~70℃,茂碩驅(qū)動電源獨(dú)有的PFC電路及內(nèi)部屏蔽結(jié)構(gòu),充分解決了并保證在任何惡劣環(huán)境下,電源都能正常起機(jī)；通過半年多時間對灌膠工藝的不斷研究,調(diào)配出密封性、散熱性的灌封膠配比,做到產(chǎn)品“滴水不進(jìn)”；驅(qū)動電源防雷達(dá)到6KV以上。最終滿足產(chǎn)品設(shè)計壽命50000H,為整個LED燈具壽命提供了有力保障。

茂碩LED驅(qū)動電源能符合美國能源之星5.0版要求,同時,茂碩LED驅(qū)動電源已經(jīng)取得UL8750相關(guān)指令認(rèn)證,走在LED驅(qū)動電源行業(yè)最前端。而一般電源廠家從技術(shù)上暫時還無法達(dá)到這個水平,這正突顯了茂碩LED電源在市場上的技術(shù)和品質(zhì)競爭優(yōu)勢,使茂碩LED驅(qū)動電源業(yè)務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)批量化,從而實(shí)現(xiàn)物料的大批量采購,也能降低物料成本和產(chǎn)品成本。

標(biāo)準(zhǔn)化,產(chǎn)業(yè)化,才能讓LED產(chǎn)業(yè)鏈批量化,以限度地降低整個LED燈具的成本,使其在與傳統(tǒng)燈具成本的比拼上,取得更大優(yōu)勢。為此,深圳LED產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會正在加緊制定LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以規(guī)范LED產(chǎn)業(yè),使LED產(chǎn)業(yè)良性快速發(fā)展。

節(jié)能、減排產(chǎn)品必將成為未來電子產(chǎn)品的主流

對于未來LED驅(qū)動電源的趨勢,環(huán)保、高效,是未來電子產(chǎn)品發(fā)展趨勢,節(jié)能、減排產(chǎn)品必將成為未來電子產(chǎn)品的主流。2009年哥本哈根會議雖然就全世界氣候變暖問題因各國利益不能均衡未達(dá)成好的結(jié)果,但至少可以看到全世界各國已相當(dāng)重視環(huán)境及資源保護(hù)問題。中國是一個大國,也是一個能源消耗大國,從近年國家相關(guān)政策看,節(jié)能減排已提上議程。LED產(chǎn)業(yè)在政府的關(guān)心和推動下,在近五年內(nèi)將會有一個翻天覆地的變化。

從路燈廠商反饋的測試數(shù)據(jù)來看,應(yīng)LED燈具對LED驅(qū)動電源使用控制及二次節(jié)能要求,茂碩LED驅(qū)動電源整機(jī)系統(tǒng)設(shè)計效率(EFF)在90[%]~95[%]之間,相對傳統(tǒng)的LED電源系統(tǒng)效率(EFF)80[%]左右提高了10多個百分點(diǎn)；PFC值則可達(dá)到0.95~1.0之間,此兩個指標(biāo)來源于茂碩電源獨(dú)有的軍工電源專利技術(shù)設(shè)計。

而且LED驅(qū)動電源今后將向集中智能控制和數(shù)字化控制方面發(fā)展,據(jù)了解茂碩早已致力于擁有這部分功能LED驅(qū)動電源的設(shè)計開發(fā),多項技術(shù)已向國家相關(guān)機(jī)構(gòu)提出專利申請,比如電力載波無級調(diào)光LED多路驅(qū)動恒流系統(tǒng)及控制器,遠(yuǎn)程無級調(diào)光LED多路驅(qū)動恒流系統(tǒng)及恒流源,基于主動式紅外線智能控制的電源和系統(tǒng),基于被動式紅外線智能控制的電源和系統(tǒng)等多項專利技術(shù)。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

采用AC-DC電源的LED照明應(yīng)用中,電源轉(zhuǎn)換的構(gòu)建模塊包括二極管、開關(guān)管(FET)、電感及電容及電阻等分立元件用于執(zhí)行各自功能,而脈寬調(diào)制(PWM)穩(wěn)壓器用于控制電源轉(zhuǎn)換。電路中通常加入了變壓器的隔離型AC-DC電源轉(zhuǎn)換包含反激、正激及半橋等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),參見圖1,其中反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是功率小于30W的中低功率應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)選擇,而半橋結(jié)構(gòu)則最適合于提供更高能效/功率密度。就隔離結(jié)構(gòu)中的變壓器而言,其尺寸的大小與開關(guān)頻率有關(guān),且多數(shù)隔離型LED驅(qū)動器基本上采用“電子”變壓器。

圖1：常見的隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

采用DC-DC電源的LED照明應(yīng)用中,可以采用的LED驅(qū)動方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開關(guān)穩(wěn)壓器等,基本的應(yīng)用示意圖參見圖2。電阻型驅(qū)動方式中,調(diào)整與LED串聯(lián)的電流檢測電阻即可控制LED的正向電流,這種驅(qū)動方式易于設(shè)計、成本低,且沒有電磁兼容(EMC)問題,劣勢是依賴于電壓、需要篩選(binning)LED,且能效較低。線性穩(wěn)壓器同樣易于設(shè)計且沒有EMC問題,還支持電流穩(wěn)流及過流保護(hù)(foldback),且提供外部電流設(shè)定點(diǎn),不足在于功率耗散問題,及輸入電壓要始終高于正向電壓,且能效不高。開關(guān)穩(wěn)壓器通過PWM控制模塊不斷控制開關(guān)(FET)的開和關(guān),進(jìn)而控制電流的流動。

圖2：常見的DC-DCLED驅(qū)動方式。

開關(guān)穩(wěn)壓器具有更高的能效,與電壓無關(guān),且能控制亮度,不足則是成本相對較高,復(fù)雜度也更高,且存在電磁干擾(EMI)問題。LEDDC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)等不同類型。其中,所有工作條件下輸入電壓都大于LED串電壓時采用降壓結(jié)構(gòu),如采用24Vdc驅(qū)動6顆串聯(lián)的LED;與之相反,所有工作條件下輸入電壓都小于輸出電壓時采用升壓結(jié)構(gòu),如采用12Vdc驅(qū)動6顆串聯(lián)的LED;而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC結(jié)構(gòu),如采用12Vdc或12Vac驅(qū)動4顆串聯(lián)的LED,但這種結(jié)構(gòu)的成本及能效最不理想。

采用交流電源直接驅(qū)動LED的方式近年來也獲得了一定的發(fā)展,其應(yīng)用示意圖參見圖3。這種結(jié)構(gòu)中,LED串以相反方向排列,工作在半周期,且LED在線路電壓大于正向電壓時才導(dǎo)通。這種結(jié)構(gòu)具有其優(yōu)勢,如避免AC-DC轉(zhuǎn)換所帶來的功率損耗等。但是,這種結(jié)構(gòu)中LED在低頻開關(guān),故人眼可能會察覺到閃爍現(xiàn)象。此外,在這種設(shè)計中還需要加入LED保護(hù)措施,使其免受線路浪涌或瞬態(tài)的影響。

圖3：直接采用交流驅(qū)動LED的示意圖。

選擇設(shè)計考慮問題

LED是具有二極管特性的發(fā)光管，它只能單方向通電。通常LED亮度輸出與通過LED電流成正比，但白光LED在大電流下會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，發(fā)光效率大幅度降低，甚至失效，因此LED使用電流不能超過其規(guī)格額定值。另外，LED亮度輸出與溫度成反比，所以使用中應(yīng)盡量減少電源發(fā)熱和設(shè)計良好的散熱系統(tǒng)。目前LED均采用直流驅(qū)動，因此在市電與LED之間需要加一個電源適配器即LED驅(qū)動電源。它的功能是把交流市電轉(zhuǎn)換成合適LED的直流電。根據(jù)電網(wǎng)的用電規(guī)則和LED的驅(qū)動特性要求，在選擇和設(shè)計LED驅(qū)動電源時要考慮到以下幾點(diǎn)：

1．高可靠性

特別像LED路燈的驅(qū)動電源，裝在高空，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。因為LED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．高功率因素

功率因素是電網(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，也許會對功率因素方面有一定的指標(biāo)要求。

4．驅(qū)動方式

現(xiàn)在通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨(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LED故障，不影響其他LED運(yùn)行的問題。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。

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，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。

LED驅(qū)動電源