鉅大LARGE | 點擊量:1120次 | 2020年02月09日
確定LED驅動電源質量的七大原則_如何解決LED驅動電源的易損壞問題
LED驅動電源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。LED電源核心元件包括開關控制器、電感器、開關元器件(MOSfet)、反饋電阻、輸入濾波器件、輸出濾波器件等等。根據不同場合要求、還要有輸入過壓保護電路、輸入欠壓保護電路,LED開路保護、過流保護等電路。
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,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,但晚上使用照明量大,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也就是中科慧寶改采用的驅動方式,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。因此分析中科慧寶的驅動電源在浪涌保護方面應該有一定的欠缺,而至于電源及燈具頻繁更換,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,最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋,防止LED溫度過高;要符合安規和電磁兼容的要求。
LED驅動電源的分類
(1)恒流式
恒流驅動電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化,負載阻值小,輸出電壓就低,負載阻值越大,輸出電壓也就越高;恒流電路不怕負載短路,但嚴禁負載完全開路;恒流驅動電路驅動LED是較為理想的,但相對而言價格較高;應注意所使用最大承受電流及電壓值,它限制了LED的使用數量。
(2)穩壓式
當穩壓電路中的各項參數確定以后,輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化;穩壓電路不怕負載開路,但嚴禁負載完全短路;以穩壓驅動電路驅動LED,每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均;亮度會受整流而來的電壓變化影響。
確定LED驅動電源質量的七大原則
1、放棄4路以上輸出,發展單路或兩路輸出,放棄大電流和超大電流,發展小電流。
輸出路數越多越復雜,不同出路之間的電流干擾解決起來成本很高,如不解決則故障率較高。另外輸出路數越多則總輸出電流也就越大,而電流是發熱的主要原因,電壓本身不直接導致發熱,簡單來說發熱量與電流的平方成正比,也就是說電流增加到原來的2倍的話,發熱量將增加到原來的4倍,電流增加到原來3倍,發熱量將增加到原來9倍。綜上所述,單路或兩路輸出的LED燈電源故障率會降低很多。
2、智能控制是LED燈具的優勢之一,而電源是智能控制的關鍵。
智能控制在LED路燈和LED隧道燈照明應用上條件最成熟效果最明顯,智能控制能在不同時間段、根據道路車流密度來實現燈具功率的無級控制,既滿足應用要求,又實現巨大的節能效果,可以為公路主管單位節省大量經費。在隧道照明上的應用不但可以節能,還可以按照隧道外的亮度情況自動調節隧道出入口亮度,給司機提供一個視覺過度階段,以保證駕駛安全。
3、放棄大功率、超大功率,選擇較高穩定性的中小功率電源。
因為功率越大,發熱量越大,里面的零部件也越緊湊,不利于散熱,而溫度正是電源發生故障的罪魁禍首。再者,小功率電源相對來說發展的較為成熟,穩定性和成本方面都有優勢。其實很多大功率電源方案都沒有經過時間驗證及實踐證明,都是匆匆上馬的項目,都是實驗性的產品,因此故障層出不窮。相比之下中小功率電源因發展較早,技術方案要成熟的多。
4、散熱和防護是電源故障的主要外部因素。
不僅電源本身會發熱,燈具也會發熱,這兩種熱源如何合理的散發出去是燈具設計工程師必須考慮的問題,一定要防止熱量的過度集中,形成熱島效應,影響電源壽命。采用分離式電源方案是一個好的選擇。
5、維護的可行性。
電源的故障問題不可能完全避免,成都朝月光電提出了維護簡便性原則。只有把電源的更換做的跟常規照明的光源的更換那么簡便時,才能是用戶用的開心,即便是電源壞了,心情也不會太差,而用戶的心情好壞決定著LED燈廠家的命運。
6、防護性能。
防護問題也很重要,水分的滲透可能引起電源的短路,外殼上的沙塵會影響電源的散熱,暴曬則容易引起高溫和電線及其他元器件的老化,從實際使用中的經驗來看,旋轉接線插頭的故障率較高,多數為漏水造成故障。
7、模塊化設計。
模塊化設計已經成為當今的潮流,必須在模塊電源一體化上想辦法,如果電源能用插拔的方式解決維護問題,一定會受到用戶的歡迎,同時還需建立接口標準化,讓不同廠家的LED燈電源能夠通用。
LED驅動電源常見問題
1、LED驅動電路直接影響LED壽命
咱們所說的LED驅動包括數碼驅動和類推驅動兩類,數碼驅動指數字電路驅動,包括數字調光操控,RGB全彩變幻等。類推驅動指類推電路驅動,包括AC恒流開關電源,DC恒流操控電路。驅動電路由電子元件組成,包括半導體元件,電阻,電容,電感等,這些元件都有運用壽數,任何一個器材失效都會致使整個電路的失效或許有些功用失效。LED的運用壽數是5-10萬小時,按5萬小時算,接連點亮,有近6年的壽數。開關電源的壽數是很難到達6年的,市面上出售的開關電源質保期通常是2-3年,到達6年質保的電源是特種級別的,價錢是通常電源的4-6倍,通常的燈具廠是很難承受的。所以LED燈具的毛病多為驅動電路毛病。
2、LED驅動電源散熱難題
LED為冷光源,作業結溫不能超過限值,描繪時還要留必定余量。整個燈具的描繪要思考外形漂亮,裝置便利,配光,散熱等許多方面難題,要在許多要素中尋求平衡點,這樣全體的燈具才是最棒的.LED燈具的開展時刻不長,能夠學習的經歷不多,許多描繪都是不斷完善的。有些LED燈具廠家所用電源為外協或許外購,燈具描繪師對電源知道不多,給LED的散熱空間較大,給電源的散熱空間較小。通常是描繪好燈具后再找適宜的電源來配套,這樣就給電源的配套帶來必定的難度。常常碰到因燈具內部空間較小或許內部溫度較高,并且本錢操控較低,無法配到適宜電源。有些LED燈具廠有電源研制才干,在開端描繪燈具前期進行評價,電源的描繪同步進行,就能處理以上難題。在描繪中要歸納思考LED的散熱和電源的散熱,全體操控燈具的溫升,這樣才干描繪出較好的燈具。
3、LED驅動電源描繪中的難題
a、功率描繪。盡管LED光效高,可是還有80-85%的熱能損耗,致使燈具內部有20-30度的溫升,若是室溫25度狀況,燈具內部就有45-55度,電源長時刻在高溫環境下作業,要確保壽命就必須加大功率余量,通常留到1.5-2倍的余量。
b、元件選型。燈具內部溫度45-55度狀況下,電源內部溫升還有20度左右,則元件鄰近的溫度要到達65-75度。有些元件在高溫狀況參數會飄移,還有些壽命會縮短,所以器材要挑選能在較高溫度長時刻運用的,特別注意電解電容和導線。
c、電功能描繪。開關電源對準LED的參數描繪,主要是恒流參數,電流的巨細決議LED的亮度,若是批量電流差錯較大,則整批燈的亮度不均勻。并且溫度的改變也能致使電源輸出電流偏移。
e、認證難題。目前國內還沒有對準LED燈具的規范,國家相關部分正在研討制定,國內出售的燈具認證是參照照明燈具的規范,外銷的是做CE或UL等認證,還有些參照國外的LED燈具規范來做。所以對準這種狀況,開關電源的描繪要一起滿意以上的這些規范是比擬艱難的,咱們只能對準不一樣的需求滿意不一樣的認證。
4、LED驅動電源運用參數。
外購驅動電源在挑選上主要看恒流和恒流的電壓規模。恒流值挑選為LED的規范電流偏下。電壓規模的挑選要適中,盡量不要挑選較大規模,防止功率的糟蹋。
LED驅動電源的保護方法
1、保護LED驅動電源中采用保險絲(管)
由于保險絲是一次性的,且反應速度慢,效果差、使用麻煩,所以保險絲不適宜用于LED燈成品中,因為LED燈現在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。它要求LED保護電路要很苛刻:在超出正常使用電流時能立即啟動保護,讓LED的供電通路就被斷開,使LED和電源都能得到保護,在整個燈正常后又能夠自動恢復供電,不影響LED工作。電路不能太復雜體積不能太大,成本還要低。所以采用保險絲的方式實現起來很困難。
2、LED驅動電源使用瞬態電壓抑制二極體
瞬態電壓抑制二極體是一種二極體形式的高效能保護器件。當它的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時,能以10的負12次方秒極短時間的速度,使自己兩極間的高阻立即降低為低阻,吸收高達數千瓦的浪涌功率,把兩極間的電壓鉗位元在一個預定的電壓值,有效的保護了電子線路中的精密元器件。瞬態電壓抑制二極體具有回應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差一致性好、鉗位元電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優點。
但是在實際使用中發現要尋找滿足要求電壓值的TVS器件很不容易。LED光珠的損壞主要是因為電流過大使芯片內部過熱造成的。TVS只能探測過電壓不能探測過電流。要選擇合適的電壓保護點很難掌握,這種器件就無法生產也就很難在實際中使用。
3、LED驅動電源選擇自恢復保險絲
自恢復保險絲又稱為高分子聚合物正溫度熱敏電阻pTC,是由聚合物與導電粒子等構成。當正常工作電流通過(或元件處于正常環境溫度)時,pTC自恢復保險絲呈低阻狀態;當電路中有異常過電流通過(或環境溫度升高)時,大電流(或環境溫度升高)所產生的熱量使聚合物迅速膨脹,也就切斷了導電粒子所構成的導電通路,pTC自恢復保險絲呈高阻狀態;在正常工作狀態自恢復保險管的發熱很小,在異常工作狀態它的發熱很高阻值就很大,也就限制了通過它的電流,從而起到了保護LED驅動電源的作用。
如何解決LED驅動電源的易損壞問題
為解決LED驅動電源故障率高、維護難等問題,通過對LED發光原理及電源需求分析,結合目前實際應用情況,我們嘗試在LED道路照明中采用低壓直流供電模式。通過直流供電不僅降低LED驅動電源故障率,還可降低道路照明的安全風險,并為未來電動汽車充電提供便利。
隨著發光二極管(LED)技術的不斷發展,LED照明從室內逐步向室外拓展。LED在道路照明領域推廣緩慢其原因是道路照明功率大、運行環境惡劣等。大功率LED路燈經過一段時間的跟蹤檢測,部分LED燈具陸續出現故障。通過對故障的分析,我們發現LED驅動電源損壞所占比例高達90%。雖然LED路燈理論使用壽命長達5萬小時(13.7年),但其驅動電路的壽命較短,約為1.2萬小時(3年)。驅動電源成為制約LED路燈使用壽命的短板。同時由于LED驅動電源需與LED顆粒相匹配,缺乏統一標準,各供應商生產的驅動電源輸出接口不統一,質量良莠不齊,給LED路燈維修帶來不便,且更換驅動電源的費用較高。
LED驅動電源被納入國家3C強制認證范疇。電源問題已成為影響到LED燈具的推廣應用的重要因素。只有解決LED電源問題,才能打開LED燈具在道路照明中的應用。
一、LED顆粒對電源的要求
為解決LED電源問題,我們需要了解LED顆粒的基本工作原理及其對電源的供電需求。
目前道路照明中使用的LED燈具為整體發光結構,包含LED光源及電源兩部分。LED光源是由一定數量的大功率LED顆粒混聯(先串后并)成一個整體發光芯片。單個LED其實就是一個二極管,當在二極管兩端施加一定的正向電壓激發p-N結傳導電流,LED就能發出光。單顆LED的標稱電壓為3.4V±0.2V(實際工作電壓約2.8~3.8V)。工作電流與功率和亮度相關,不同功率的LED,電流不同。通常來講,功率越大電流越高則發出的光越多。道路照明中使用的大功率1WLED顆粒的標稱電流為350mA。
通過對實際應用的LED燈具的結構分析,我們可以清楚看到LED燈具是由一定數量的LED顆粒串聯后得到一個工作電壓為40.8V±2.4V的LED串,再將這些LED串進行并聯得到一個工作電流為3.5A的LED燈具。計算損耗,該燈具對電源的需求為48V/3.5A。
二、LED驅動電源
現有的路燈供電線路為220V交流電,必須進行降壓、整流、穩流三個步驟方可為LED燈具提供穩定的低壓直流電源。先將220V交流電降壓成48V低壓的交流電,然后將低壓的交流電經橋式整流變換成低壓的直流電,較后再通過高效率的開關穩壓器變換成恒流源,為LED顆粒提供恒定的電流。
為降低芯片故障率,多數廠家選擇少串多并的組合方式,現有LED燈具電壓需求多為48V,每個LED燈具對電源的電壓和電流要求可能略有不同,在實際應用中應根據整燈的電壓和電流選擇合適的驅動電源。
三、電源故障分析
由于LED顆粒與電源共同分布在燈具狹小的空間內,為達到防潮防水要求,必須將電源進行密封,但也帶來散熱困難的問題。在夏季LED光源的溫度可以達到70多度。LED電源在這種高溫環境下工作,壽命大幅下降。同時由于整體密封,損壞的零件無法現場更換,只能整體替換,不僅維修困難而且費用高。這也是使用單位對LED路燈應用熱情不高的原因之一。
四、直流供電模式
既然分散在各個路燈燈具內的驅動電源散熱問題無法解決,為何不能將分散的驅動電源從燈具轉移到地面,集中到地面的變壓器或開關箱內統一處理。集中在地面的直流變壓器不僅轉換效率高,而且溫度可控,同時也便于維修。LED路燈一旦實現低壓直流供電模式也會給路燈用電安全提供保障,更可為未來電動汽車充電提供條件。
五、技術途徑
對現有LED路燈可較大限度利用現有設備。在原有的變壓器末端(或開關箱處)增加變壓、整流設備,通過變壓、整流、濾波輸出48V低壓直流電,通過原有電纜(例425mm²116mm²)向LED路燈供電。
對于新、改建LED路燈可以進一步優化配電控制線路的設計。利用大功率整流器對220V/380V交流電集中整流得到標準的直流電源,為LED路燈直接提供低壓直流電。因此,傳統的LED路燈的驅動電源可以去掉,可由路燈配電控制直接提供直流電源,LED路燈的結構設計可以更加簡化,可靠性也相應增加。
六、直流供電的優勢
1、解決目前LED路燈燈具驅動電源使用壽命較短問題;
2、提高LED燈具整燈光效效率(目前國內及歐美國家均將含有光源和電源,把整燈光效作為LED燈具的節能檢測指標),同時集中降壓整流,降低系統能耗;
3、降低路燈設施運行中的安全風險(在我國50V以下交流電為安全電壓,直流電壓在實際使用中安全性高于交流電);
4、LED路燈的驅動電源去掉,大大減少了故障點,不僅維修方便而且造價大幅降低;
5、道路兩側的路燈直流電源可以實現對電動汽車、電瓶車充電提供便利。
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