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三種常用的LED驅動電源詳解

一、什麽是LED驅動電源

LED驅動電源就是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發光的電源轉換器,通常情況下:LED驅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驅動電源的輸出則大多數為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。

LED驅動電源的特點

1.高可靠性特別像LED路燈的驅動電源,裝在高空,有防水鋁殼驅動電源,質量好的話不容易壞,減少維修次數。

2.高效率LED是節能產品,驅動電源的效率要高。對於電源安裝在燈具內的結構,尤為重要。因為LED的發光效率隨著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,在燈具內發熱量就小,也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。

3.高功率因數功率因數是電網對負載的要求。一般70瓦以下的用電器,沒有強製性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大,但晚上大家點燈,同類負載太集中,會對電網產生較嚴重的汙染。對於30瓦~40瓦的LED驅動電源,據說不久的將來,也許會對功率因數方麵有一定的指標要求。

4.驅動方式現在通行的有兩種: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。另一種是直接恒流供電,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。這兩種形式,在一段時間內並存。多路恒流輸出供電方式,在成本和性能方麵會較好。也許是以後的主流方向。

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。

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.防護方麵燈具外安裝型,電源結構要防水、防潮,外殼要耐曬。

8.驅動電源的壽命要與LED的壽命相適配。

9.要符合安規和電磁兼容的要求。

 

LED驅動電源的不足

LED驅動電源目前存在不足的原因:

1) 生產LED照明及相關的技術人員對開關電源的了解不夠,做出的電源是可以正常工作,但一些關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電源生產都是從普通的開關電源轉型過來做LED電源,對LED的特點及使用認識還不夠;

3) 關於LED的標準幾乎沒有,大部分都是參考開關電源和電子整流器的標準;

4) 現在大部分LED電源沒有統一,所以量大部分都比較小。采購量小,價格就偏高,而且元器件供應商也不太配合;

5) LED電源的穩定性:寬電壓輸入,高溫和低溫工作,過溫、過壓保護等問題都沒有一一解決。

LED驅動電源的發展方向

1、提高驅動電源的壽命

LED很重要的優點之一是使用壽命長,約為3萬~10萬小時。傳統的LED驅動電源中含有電解電容,而電解電容的壽命比較短,約為5,000小時,這是製約LED驅動電源壽命的主要原因,因此在LED驅動電源中應盡可能不采用電解電容。

2、提高驅動電源的輸入功率因數,減小總諧波失真美國能源部發布的“能源之星”(ENERGYSTAR)固態照明文件中規定:任何功率等級都需要強製進行功率因數校正。這一標準適用於一係列的產品,如台燈、櫃櫥照明燈等等。其中,家庭住宅照明的LED驅動電源的功率因數必須大於0.7,商業照明中必須大於0.9。IEC61000-3-2諧波含量標準規定在大於25W功率等級的照明中應滿足總諧波失真(Total Harmonic DistorTIon,THD)小於35%,功率因數不小於0.7。這些標準的出台,對於LED照明的驅動電源的設計提出了更高的要求。

3、減小驅動電源的體積

LED本身比較小巧,這對於便攜式產品非常有利。LED的驅動電源也應該盡量小巧,使其能夠順利裝入LED燈座。在設計過程中,應盡量減小驅動電源的體積。 [5]

4、提高驅動電源的可靠性

在LED工作過程中,溫度變高、器件老化等非人為因素會對LED本體造成致命的損壞。因此在LED驅動電源中應該加入過壓保護、過流保護等保護電路,對意外事故進行應急處理,保證LED本體的安全工作。

 

三種常用的LED驅動電源詳解

1、開關恒流源

采用變壓器將高壓變為低壓,並進行整流濾波,以便輸出穩定的低壓直流電。開關恒流源又分隔離式電源和非隔離式電源,隔離是指輸出高低電壓隔離,安全性非常高,所以對外殼絕緣性要求不高。非隔離安全性稍差,但成本也相對低,傳統節能燈就是采用非隔離電源,采用絕緣塑料外殼防護。開關電源的安全性相對較高(一般是輸出低壓),性能穩定,缺點是電路複雜、價格較高。開關電源技術成熟,性能穩定,是目前LED照明的主流電源。

 

圖1:開關恒流隔離式日光燈管電源

 

圖2:開關恒流隔離電源原理圖

 

圖3:開關恒流源電源

 

圖4:開關恒流非隔離電源原理圖

2、線性IC電源

采用一個IC或多個IC來分配電壓,電子元器件種類少,功率因數、電源效率非常高,不需要電解電容,壽命長,成本低。缺點是輸出高壓非隔離,有頻閃,要求外殼做好防觸電隔離保護。市麵上宣稱無(去)電解電容,超長壽命的,均是采用線性IC電源。IC驅電源具有高可靠性,高效率低成本優勢,是未來理想的LED驅動電源。

 

圖5:線性IC電源

 

圖6:線性IC電源原理圖

3、阻容降壓電源

采用一個電容通過其充放電來提供驅動電流,電路簡單,成本低,但性能差,穩定性差,在電網電壓波動時及容易燒壞LED,同時輸出高壓非隔離,要求絕緣防護外殼。功率因數低,壽命短,一般隻適於經濟型小功率產品(5W以內)。功率高的產品,輸出電流大,電容不能提供大電流,否則容易燒壞,另外國家對高功率燈具的功率因數有要求,即7W以上的功率因數要求大於0.7,但是阻容降壓電源遠遠達不到(一般在0.2-0.3之間),所以高功率產品不宜采用阻容降壓電源。市場上,要求不高的低端型的產品,幾乎全部是采用阻容降壓電源,另外,一些高功率的便宜的低端產品,也是采用阻容降壓電源。

 

圖7:阻容降壓電源

 

圖8:阻容降壓電源原理圖

幾種電源成本性能比較

以3W小球泡和16W日光燈管為例,各種電源成本比較:

可見,不同類別的電源,其成本差異是非常大的,其中過認證的開關隔離源最貴,阻容降壓電源最便宜。

各類電源性能之比較:

在中高端市場,開關恒流非隔離電源仍是市場的主流電源,廠家一般會在結構設計上進行防高壓隔離。而在低端市場,大部份廠家是采用阻容降壓電源,也有部分廠家采用線性IC電源(要求廠家有一定的設計能力)。

采用不同的電源,產品的性能及價格是不一樣的,我們應該根據不同的市場選用不同的產品。

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