LED驱动电源

LED驱动电源

 

LED驱动电源，你了解多少？ 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。下面就为初入该行的业者提供一些LED驱动电源的相关知识。 1、什么是LED驱动电源　　 LED驱动电源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。LED电源核心元件包括开关控制器、电感器、开关元器件（MOSfet）、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠压保护电路，LED开路保护、过流保护等电路。 2、LED驱动电源的特点 （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，但晚上使用照明量大，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也就是“中科慧宝“改采用的驱动方式，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。因此分析“中科慧宝“的驱动电源在浪涌保护方面应该有一定的欠缺，而至于电源及灯具频繁更换，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，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高；要符合安规和电磁兼容的要求。 3、按驱动方式分类　　 （1）恒流式　　 恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；　　恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路；　　恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高；　　应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量。　　 （2）稳压式　　 当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；　　稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路；　　以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；   亮度会受整流而来的电压变化影响。　　 4、整体恒流和逐路恒流工作方式优缺点:　　 与整体恒流相较，逐路恒流虽然缺点比较多，成本也比较高。但是它能真正的起到保护LED和延长LED的寿命，所以逐路恒流才是未来的趋势。　 　 5、LED电源的不足　　 LED驱动电源目前存在不足的原因：　　 生产LED照明及相关产品的公司的技术人员对开关电源的了解不够，做出的电源是可以正常工作，但一些关键性的评估及电磁兼容的考虑不够，还是有一定得隐患；　　 大部分LED电源生产企业都是从普通的开关电源转型过来做LED电源，对LED的特点及使用认识还不够；　　目前关于LED的标准几乎没有，大部分都是参考开关电源和电子整流器的标准；　　 现在大部分LED电源没有统一，所以量大部分都比较小。采购量小，价格就偏高，而且元器件供应商也不太配合；　　 LED电源的稳定性：宽电压输入，高温和低温工作，过温、过压保护等问题都没有一一解决；　　 首先是驱动电路整体寿命，尤其是关键器件如：电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命；　　 是LED驱动器应挑战更高的转换效率，尤其是在驱动大功率LED时更是如此，因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散，电源转换效率的过低，影响了LED节能效果的发挥；　　 目前在功率较小（1-5W）的应用场合，恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1/3，已经接近了光源的成本，一定程度上影响了市场推广。 LED驱动电源的两大分类　　 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。　　 由于各种规格不同的LED电源的性能和转换效率各不相同，所以选择合适、高效的LED专用电源，才能真正展露出LED光源高效能的特性。因为低效率的LED电源本身就需要消耗大量电能，所以在给LED供电的过程中就无法凸显LED的节能特点。总之，LED电源在LED工作中的稳定性、节能性、寿命长短，具备重要的作用。　　 LED的电源有哪些分类呢？ 一、LED电源按驱动方式可以分为两大类：　　 A.稳压式：　　 1、稳压电路确定各项参数后，输出的是固定电压，输出的电流却随着负载的增减而变化　　 2、稳压电路虽然不怕负载开路，但是严禁负载完全短路　　 3、整流后的电压变化会影响LED的 4、要使每串以稳压电路驱动LED显示亮度均匀，需要加上合适的电阻才可以　　 B. 恒流式：　　 1、恒流驱动电路驱动LED是很理想的，缺点就是价格较高　　 2、恒流电路虽然不怕负载短路，但是严禁负载完全开路　　 3、恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化　　 4、 要限制LED的使用数量，因为它有最大承受电流及电压值　　 二、LED电源按电路结构可以分为六类：　　 1、常规变压器降压：　　 这种电源的优点是体积小，不足之处是重量偏重、电源效率也很低，一般在45%~60%，因为可靠性不高，所以一般很少用。　　 2、电容降压：　　 这种方式的LED电源容易受电网电压波动的影响，电源效率低，不宜LED在闪动时使用，因为电路通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过LED的瞬间电流极大，容易损坏芯片。　　 3、电子变压器降压：　　 这种电源结构不足之处是转换效率低，电压范围窄，一般180~240V，波纹干扰大。　　 4、电阻降压：　　 这种供电方式电源效率很低，而且系统的可靠也较低。因为电路通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，并且降压电阻本身还要消耗很大部分的能量。　　 5、RCC降压式开关电源：　　 这种方式的LED电源优点是稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可在70%~80%，应用较广。缺点主要是开关频率不易控制，负载电压波纹系数较大，异常情况负载适应性差。 　　 6、PWM控制式开关电源：　　 目前来说，PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的，因为这种开关电源的输出电压或电流都很稳定。电源转换效率极高，一般都可以高达80%~90%，并且输出电压、电流十分稳定。这种方式的LED电源主要由四部分组成它们分别是：输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。而且这种电路都有完善的保护措施，属于高可靠性电源。 LED驱动电源九大性能特点要求　　 据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下九大性能特点要求：　　 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，最好在恒流输出中增加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。　　随着LED的应用日益广泛，LED驱动电源的性能将越来越适合LED的要求。　　 确定LED驱动电源质量的七大原则　　 1、放弃4路以上输出，发展单路或两路输出，放弃大电流和超大电流，发展小电流。　　 输出路数越多越复杂，不同出路之间的电流干扰解决起来成本很高，如不解决则故障率较高。另外输出路数越多则总输出电流也就越大，而电流是发热的主要原因，电压本身不直接导致发热，简单来说发热量与电流的平方成正比，也就是说电流增加到原来的2倍的话，发热量将增加到原来的4倍，电流增加到原来3倍，发热量将增加到原来9倍。综上所述，单路或两路输出的LED灯电源故障率会降低很多。　　 2、智能控制是LED灯具的优势之一，而电源是智能控制的关键。　　 智能控制在LED路灯和LED隧道灯照明应用上条件最成熟效果最明显，智能控制能在不同时间段、根据道路车流密度来实现灯具功率的无级控制，既满足应用要求，又实现巨大的节能效果，可以为公路主管单位节省大量经费。在隧道照明上的应用不但可以节能，还可以按照隧道外的亮度情况自动调节隧道出入口亮度，给司机提供一个视觉过度阶段，以保证驾驶安全。　　 3、放弃大功率、超大功率，选择较高稳定性的中小功率电源。　　 因为功率越大，发热量越大，里面的零部件也越紧凑，不利于散热，而温度正是电源发生故障的罪魁祸首。再者，小功率电源相对来说发展的较为成熟，稳定性和成本方面都有优势。其实很多大功率电源方案都没有经过时间验证及实践证明，都是匆匆上马的项目，都是实验性的产品，因此故障层出不穷。相比之下中小功率电源因发展较早，技术方案要成熟的多。　　 4、散热和防护是电源故障的主要外部因素。　　 不仅电源本身会发热，灯具也会发热，这两种热源如何合理的散发出去是灯具设计工程师必须考虑的问题，一定要防止热量的过度集中，形成热岛效应，影响电源寿命。采用分离式电源方案是一个好的选择。　　 5、维护的可行性。　　 电源的故障问题不可能完全避免，成都朝月光电提出了维护简便性原则。只有把电源的更换做的跟常规照明的光源的更换那么简便时，才能是用户用的开心，即便是电源坏了，心情也不会太差，而用户的心情好坏决定着LED灯厂家的命运。　　 6、防护性能。　　 防护问题也很重要，水分的渗透可能引起电源的短路，外壳上的沙尘会影响电源的散热，暴晒则容易引起高温和电线及其他元器件的老化，从实际使用中的经验来看，旋转接线插头的故障率较高，多数为漏水造成故障。　　7、模块化设计。　　 模块化设计已经成为当今的潮流，必须在模块电源一体化上想办法，，如果电源能用插拔的方式解决维护问题，一定会受到用户的欢迎，同时还需建立接口标准化，让不同厂家的LED灯电源能够通用。　　 总结：LED灯电源最好采用分体式设计，同时注重电源的可靠性与寿命，哪怕增加一点成本，只有站在客户的角度去设计产品，企业才能得到长久的发展。 简化LED设计的五大原则　　 -芯片发热　　 这主要针对内置电源调制器的高压驱动芯片。假如芯片消耗的电流为2mA，300V的电压加在芯片上面，芯片的功耗为0.6W，当然会引起芯片的发热。驱动芯片的最大电流来自于驱动功率MOS管的消耗，简单的计算公式为I=cvf（考虑充电的电阻效益，实际I=2cvf，其中c为功率MOS管的cgs电容，v为功率管导通时的gate电压，所以为了降低芯片的功耗，必须想办法降低c、v和f.如果c、v和f不能改变，那么请想办法将芯片的功耗分到芯片外的器件，注意不要引入额外的功耗。再简单一点，就是考虑更好的散热吧。　　 -功率管发热　　 关于这个问题，也见到过有人在论坛发过贴。功率管的功耗分成两部分，开关损耗和导通损耗。要注意，大多数场合特别是LED市电驱动应用，开关损害要远大于导通损耗。开关损耗与功率管的cgd和cgs以及芯片的驱动能力和工作频率有关，所以要解决功率管的发热可以从以下几个方面解决：A、不能片面根据导通电阻大小来选择MOS功率管，因为内阻越小，cgs和cgd电容越大。如1N60的cgs为250pF左右，2N60的cgs为350pF左右，5N60的cgs为1200pF左右，差别太大了，选择功率管时，够用就可以了。B、剩下的就是频率和芯片驱动能力了，这里只谈频率的影响。频率与导通损耗也成正比，所以功率管发热时，首先要想想是不是频率选择的有点高。想办法降低频率吧！不过要注意，当频率降低时，为了得到相同的负载能力，峰值电流必然要变大或者电感也变大，这都有可能导致电感进入饱和区域。如果电感饱和电流够大，可以考虑将CCM（连续电流模式）改变成DCM（非连续电流模式），这样就需要增加一个负载电容了。　　 工作频率降频　　这个也是用户在调试过程中比较常见的现象，降频主要由两个方面导致。输入电压和负载电压的比例小、系统干扰大。对于前者，注意不要将负载电压设置的太高，虽然负载电压高，效率会高点。对于后者，可以尝试以下几个方面：a、将最小电流设置的再小点;b、布线干净点，特别是sense这个关键路径;c、将电感选择的小点或者选用闭合磁路的电感;d、加RC低通滤波吧，这个影响有点不好，C的一致性不好，偏差有点大，不过对于照明来说应该够了。无论如何降频没有好处，只有坏处，所以一定要解决。　　 电感或者变压器的选择　　 终于谈到重点了，我还没有入门，只能瞎说点饱和的影响了。很多用户反应，相同的驱动电路，用a生产的电感没有问题，用b生产的电感电流就变小了。遇到这种情况，要看看电感电流波形。有的工程师没有注意到这个现象，直接调节sense电阻或者工作频率达到需要的电流，这样做可能会严重影响LED的使用寿命。所以说，在设计前，合理的计算是必须的，如果理论计算的参数和调试参数差的有点远，要考虑是否降频和变压器是否饱和。变压器饱和时，L会变小，导致传输delay引起的峰值电流增量急剧上升，那么LED的峰值电流也跟着增加。在平均电流不变的前提下，只能看着光衰了。 　　LED电流大小 　　大家都知道LEDripple过大的话，LED寿命会受到影响，影响有多大，也没见过哪个专家说过。以前问过LED厂这个数据，他们说30%以内都可以接受，不过后来没有经过验证。建议还是尽量控制小点。如果散热解决的不好的话，LED一定要降额使用。也希望有专家能给个具体指标，要不然影响LED的推广。 LED驱动电源常见难题　　 为了节能省电，LED得到了很大的推行，但LED都需求有个电源驱动，其好坏会直接影响LED的寿数，因而如何做好一个LED驱动电源是LED电源描绘者的重中之重。本文分析了一些LED驱动电源的难题，期望能够对工程师供给一点协助。　　 1、驱动电路直接影响LED寿命　　 咱们所说的LED驱动包括数码驱动和类推驱动两类，数码驱动指数字电路驱动，包括数字调光操控，RGB全彩变幻等。类推驱动指类推电路驱动，包括AC恒流开关电源，DC恒流操控电路。驱动电路由电子元件组成，包括半导体元件，电阻，电容，电感等，这些元件都有运用寿数，任何一个器材失效都会致使整个电路的失效或许有些功用失效。 LED的运用寿数是5-10万小时，按5万小时算，接连点亮，有近6年的寿数。开关电源的寿数是很难到达6年的，市面上出售的开关电源质保期通常是2-3年，到达6年质保的电源是军品级别的，价钱是通常电源的4-6倍，通常的灯具厂是很难承受的。所以LED灯具的毛病多为驱动电路毛病。　　 2、散热难题　　 LED为冷光源，作业结温不能超过限值，描绘时还要留必定余量。整个灯具的描绘要思考外形漂亮，装置便利，配光，散热等许多方面难题，要在许多要素中寻求平衡点，这样全体的灯具才是最棒的.LED灯具的开展时刻不长，能够学习的经历不多，许多描绘都是不断完善的。有些LED灯具厂家所用电源为外协或许外购，灯具描绘师对电源知道不多，给LED的散热空间较大，给电源的散热空间较小。通常是描绘好灯具后再找适宜的电源来配套，这样就给电源的配套带来必定的难度。常常碰到因灯具内部空间较小或许内部温度较高，并且本钱操控较低，无法配到适宜电源。有些LED灯具厂有电源研制才干，在开端描绘灯具前期进行评价，电源的描绘同步进行，就能处理以上难题。在描绘中要归纳思考LED的散热和电源的散热，全体操控灯具的温升，这样才干描绘出较好的灯具。　　 3、电源描绘中的难题　　 a，功率描绘。尽管LED光效高，可是还有80-85%的热能损耗，致使灯具内部有20-30度的温升，若是室温25度状况，灯具内部就有45-55度，电源长时刻在高温环境下作业，要确保寿命就必须加大功率余量，通常留到1.5-2倍的余量。　　 b，元件选型。灯具内部温度45-55度状况下，电源内部温升还有20度左右，则元件邻近的温度要到达65-75度。有些元件在高温状况参数会飘移，还有些寿命会缩短，所以器材要挑选能在较高温度长时刻运用的，特别注意电解电容和导线。　　 C，电功能描绘。开关电源对准LED的参数描绘，主要是恒流参数，电流的巨细决议LED的亮度，若是批量电流差错较大，则整批灯的亮度不均匀。并且温度的改变也能致使电源输出电流偏移。通常是批量差错操控在+/-5%以内，才干确保灯的亮度共同.LED的正向压降有误差，电源描绘的恒流电压规模要包括LED的电压规模。多个LED串连运用时分，最小压降乘以串连数量为下限电压，最大压降乘以串连数量为上限电压，电源的恒流电压规模要比这个规模稍宽些，通常上下限各留1-2V余量。　　 d，PCB布板描绘.LED灯具留给电源的尺度较小（除非是电源外置的），所以在PCB描绘上需求较高，要思考的要素也多。安全间隔要留够，需求输入和输出阻隔的电源，一次侧电路和二次侧电路需求耐压1500-2000VAC，在PCB上至少要留够3MM的间隔。若是是金属外壳的灯具，则整个电源的布板还要思考高压有些和外壳的安全间隔。若是没有空间确保安全间隔状况下就要运用其他办法确保绝缘，比如在PCB上打孔，加绝缘纸，灌封绝缘胶等。别的布板还要思考热量均衡，发热元件要均匀分布，不能会集放置，防止部分温度升高。电解电容远离热源，减缓老化，延伸运用寿数。　　 e，认证难题。目前国内还没有对准LED灯具的规范，国家相关部分正在研讨制定，国内出售的灯具认证是参照照明灯具的规范，外销的是做CE或UL等认证，还有些参照国外的LED灯具规范来做。所以对准这种状况，开关电源的描绘要一起满意以上的这些规范是比拟艰难的，咱们只能对准不一样的需求满意不一样的认证。　　 4、运用参数。　　 外购电源在挑选上主要看恒流和恒流的电压规模。恒流值挑选为LED的规范电流偏下。电压规模的挑选要适中，尽量不要挑选较大规模，防止功率的糟蹋。　　 LED驱动电源电路的3种保护方法　　 1.保护LED电路中采用保险丝（管）　　 由于保险丝是一次性的，且反应速度慢，效果差、使用麻烦，所以保险丝不适宜用于LED灯成品中，因为LED灯现在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。它要求LED保护电路要很苛刻：在超出正常使用电流时能立即启动保护，让LED的供电通路就被断开，使LED和电源都能得到保护，在整个灯正常后又能够自动恢复供电，不影响LED工作。电路不能太复杂体积不能太大，成本还要低。所以采用保险丝的方式实现起来很困难。　　 2.使用瞬态电压抑制二极体（简称TVS）　　 瞬态电压抑制二极体是一种二极体形式的高效能保护器件。当它的两极受到反向瞬态高能量冲击时，能以10的负12次方秒极短时间的速度，使自己两极间的高阻立即降低为低阻，吸收高达数千瓦的浪涌功率，把两极间的电压钳位元在一个预定的电压值，有效的保护了电子线路中的精密元器件。瞬态电压抑制二极体具有回应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差一致性好、钳位元电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。　　 但是在实际使用中发现要寻找满足要求电压值的TVS器件很不容易。 LED光珠的损坏主要是因为电流过大使芯片内部过热造成的。TVS只能探测过电压不能探测过电流。要选择合适的电压保护点很难掌握，这种器件就无法生产也就很难在实际中使用。　　 3.选择自恢复保险丝　　自恢复保险丝又称为高分子聚合物正温度热敏电阻PTC，是由聚合物与导电粒子等构成。在经过特殊加工后，导电粒子在聚合物中构成链状导电通路。当正常工作电流通过（或元件处于正常环境温度）时，PTC自恢复保险丝呈低阻状态；当电路中有异常过电流通过（或环境温度升高）时，大电流（或环境温度升高）所产生的热量使聚合物迅速膨胀，也就切断了导电粒子所构成的导电通路，PTC自恢复保险丝呈高阻状态；当电路中过电流（超温状态）消失后，聚合物冷却LED驱动电源，体积恢复正常，其中导电粒子又重新构成导电通路，PTC自恢复保险丝又呈初始的低阻状态。在正常工作状态自恢复保险管的发热很小，在异常工作状态它的发热很高阻值就很大，也就限制了通过它的电流，从而起到了保护作用。在具体的电路中，可以选择：　　 ①分路保护。一般LED灯是分成很多串接支路。我们可以在每个支路的前面加一支PTC元件分别进行保护。这种方式的好处是精确性高，保护的可靠性好。　　 ②总体保护。在所有光珠的前面加接一支PTC元件，对整灯进行保护。这种方式的好处是简单，不占体积。对于民用产品来说，这种保护在实际使用中的结果还是令人满意的。