LED驅動電源

LED驅動電源的寫法

LED驅動電源介紹

LED驅動電源是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發光的電壓轉換器，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。

如何推進發展

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重，近年來關于節能減排的相關話題持續升溫，促使各種節能省電的方案紛紛出臺。其中，以能大幅減少功耗的LED照明取代傳統熒光燈照明最為顯著。全球各地也力推LED照明，涉及領域從室內照明到景觀照明，甚至道路照明都已進入廣泛應用階段。隨著LED組件品質及轉換效率相關技術的突破，LED取代傳統熒光燈的趨勢愈發明顯。業界專家認為在未來三至五年內，LED照明將成為照明技術的發展主流。隨著科技部、國家發展和改革委員會與信息產業部等有關部門共同組織實施的“國家半導體照明工程”的正式啟動，標志著中國高亮度LED產業已進入加速發展階段，使得中國LED照明產業遇到了難得的發展機遇。特別是科技部推出“十城萬盞”LED照明應用示范城市方案，大大促進了整個LED照明產業的快速發展。

在LED照明產業大放異彩的同時，作為LED燈具的核心部件之一的LED驅動電源已成為整個LED照明產業鏈發展的保障。驅動電源在整個燈具中的作用就好比人的心臟一樣重要，驅動電源的品質直接制約了LED照明產品的可靠性。因此，在LED產業鏈逐步完善的今天，LED驅動電源的成熟也至關重要，其技術發展方向及可靠性成為LED驅動電源廠商首要解決的問題。我們從分析LED驅動電源的發展史、現狀，可以更好的把握和促進未來LED驅動電源的良性發展。

質量控制方法

2009年LED產業逆市增長,顯示了很強的發展勢頭。在LED應用的大面積推廣中,LED驅動電源的高可靠性成為產業鏈中最核心部分。美國能源之星5.0和UL8750LED照明安全標準也對LED驅動電源做出了嚴格的要求,各路燈廠家紛紛訴苦,目前影響LED路燈品質的90[%]因素,就是LED驅動電源的品質。

LED路燈主要用于室外環境,要長年經受風吹雨淋、雷鳴電閃的惡劣環境；在南方,外界氣溫部分時間可能高達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路燈電源的設計和制造工藝就更加要注意質量問題。

經過***1年多來對全國LED路燈廠家的調研,目前在LED路燈電源領域處于領頭羊位置的深圳茂碩電源,已經徹底解決了各應用廠商因電源品質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茂碩電源的高可靠性,短短幾年就能憑借優良的產品品質脫穎而出,贏得LED路燈電源領軍者地位,好奇心驅使我們,對茂碩科技這家電源行業民族品牌企業進行了探訪揭秘。

首先,茂碩科技具有多項軍工專利技術,全球的設計,強大的研發團隊,細致的評估為茂碩電源的品質奠定了堅實的基礎。

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

第三,對高品質元件的選擇,如：電解電容,IC,功率半導體、磁性元件等,茂碩嚴格按設計要求訂購世界品牌產品,產地、物料、入料、渠道層層把關。

最重要的是,嚴格進行各項品質驗證和測試程序,并積極投入。2009年初,茂碩即投資1500萬元與中國著名高等學府北京大學合作建立工程技術中心,所有新開發設計產品必須經過嚴格的應力分析、EVT、SVT、DVT等測試和MTBF的計算與實驗驗證,才會允許上線試產,生產過程采用了嚴格的制造工藝和條形碼管理等品質控制手段。

在設計時便把電源起機溫度規范在-40℃~70℃,茂碩驅動電源獨有的PFC電路及內部屏蔽結構,充分解決了并保證在任何惡劣環境下,電源都能正常起機；通過半年多時間對灌膠工藝的不斷研究,調配出密封性、散熱性的灌封膠配比,做到產品“滴水不進”；驅動電源防雷達到6KV以上。最終滿足產品設計壽命50000H,為整個LED燈具壽命提供了有力保障。

茂碩LED驅動電源能符合美國能源之星5.0版要求,同時,茂碩LED驅動電源已經取得UL8750相關指令認證,走在LED驅動電源行業最前端。而一般電源廠家從技術上暫時還無法達到這個水平,這正突顯了茂碩LED電源在市場上的技術和品質競爭優勢,使茂碩LED驅動電源業務能夠實現批量化,從而實現物料的大批量采購,也能降低物料成本和產品成本。

標準化,產業化,才能讓LED產業鏈批量化,以限度地降低整個LED燈具的成本,使其在與傳統燈具成本的比拼上,取得更大優勢。為此,深圳LED產業聯合會正在加緊制定LED相關標準以規范LED產業,使LED產業良性快速發展。

節能、減排產品必將成為未來電子產品的主流

對于未來LED驅動電源的趨勢,環保、高效,是未來電子產品發展趨勢,節能、減排產品必將成為未來電子產品的主流。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成好的結果,但至少可以看到全世界各國已相當重視環境及資源保護問題。中國是一個大國,也是一個能源消耗大國,從近年國家相關政策看,節能減排已提上議程。LED產業在政府的關心和推動下,在近五年內將會有一個翻天覆地的變化。

從路燈廠商反饋的測試數據來看,應LED燈具對LED驅動電源使用控制及二次節能要求,茂碩LED驅動電源整機系統設計效率(EFF)在90[%]~95[%]之間,相對傳統的LED電源系統效率(EFF)80[%]左右提高了10多個百分點；PFC值則可達到0.95~1.0之間,此兩個指標來源于茂碩電源獨有的軍工電源專利技術設計。

而且LED驅動電源今后將向集中智能控制和數字化控制方面發展,據了解茂碩早已致力于擁有這部分功能LED驅動電源的設計開發,多項技術已向國家相關機構提出專利申請,比如電力載波無級調光LED多路驅動恒流系統及控制器,遠程無級調光LED多路驅動恒流系統及恒流源,基于主動式紅外線智能控制的電源和系統,基于被動式紅外線智能控制的電源和系統等多項專利技術。

拓撲結構

采用AC-DC電源的LED照明應用中,電源轉換的構建模塊包括二極管、開關管(FET)、電感及電容及電阻等分立元件用于執行各自功能,而脈寬調制(PWM)穩壓器用于控制電源轉換。電路中通常加入了變壓器的隔離型AC-DC電源轉換包含反激、正激及半橋等拓撲結構,參見圖1,其中反激拓撲結構是功率小于30W的中低功率應用的標準選擇,而半橋結構則最適合于提供更高能效/功率密度。就隔離結構中的變壓器而言,其尺寸的大小與開關頻率有關,且多數隔離型LED驅動器基本上采用“電子”變壓器。

圖1：常見的隔離型拓撲結構。

采用DC-DC電源的LED照明應用中,可以采用的LED驅動方式有電阻型、線性穩壓器及開關穩壓器等,基本的應用示意圖參見圖2。電阻型驅動方式中,調整與LED串聯的電流檢測電阻即可控制LED的正向電流,這種驅動方式易于設計、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。線性穩壓器同樣易于設計且沒有EMC問題,還支持電流穩流及過流保護(foldback),且提供外部電流設定點,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。開關穩壓器通過PWM控制模塊不斷控制開關(FET)的開和關,進而控制電流的流動。

圖2：常見的DC-DCLED驅動方式。

開關穩壓器具有更高的能效,與電壓無關,且能控制亮度,不足則是成本相對較高,復雜度也更高,且存在電磁干擾(EMI)問題。LEDDC-DC開關穩壓器常見的拓撲結構包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉換器(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構,如采用24Vdc驅動6顆串聯的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構,如采用12Vdc驅動6顆串聯的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結構,如采用12Vdc或12Vac驅動4顆串聯的LED,但這種結構的成本及能效最不理想。

采用交流電源直接驅動LED的方式近年來也獲得了一定的發展,其應用示意圖參見圖3。這種結構中,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通。這種結構具有其優勢,如避免AC-DC轉換所帶來的功率損耗等。但是,這種結構中LED在低頻開關,故人眼可能會察覺到閃爍現象。此外,在這種設計中還需要加入LED保護措施,使其免受線路浪涌或瞬態的影響。

圖3：直接采用交流驅動LED的示意圖。

選擇設計考慮問題

LED是具有二極管特性的發光管，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在大電流下會出現飽和現象，發光效率大幅度降低，甚至失效，因此LED使用電流不能超過其規格額定值。另外，LED亮度輸出與溫度成反比，所以使用中應盡量減少電源發熱和設計良好的散熱系統。目前LED均采用直流驅動，因此在市電與LED之間需要加一個電源適配器即LED驅動電源。它的功能是把交流市電轉換成合適LED的直流電。根據電網的用電規則和LED的驅動特性要求，在選擇和設計LED驅動電源時要考慮到以下幾點：

1．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。

2．高效率

LED是節能產品，驅動電源的效率要高。對于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．高功率因素

功率因素是電網對負載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強制性指標。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污染。對于30瓦~40瓦的LED驅動電源，據說不久的將來，也許會對功率因素方面有一定的指標要求。

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串聯或并聯運行。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

LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由于電網負載的啟甩和雷擊的感應，從電網系統會侵入各種浪涌，有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入，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，在恒流輸出中增加LED溫度負反饋，防止LED溫度過高。

7防護方面

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。