LED日光灯电源方案.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,LED,日光灯电源,报告人：窦,亮亮,中国计量学院,骏欣铝基板,目录,一、,LED,日光灯目前所存在的问题,二、,LED,日光灯三种方案优缺点分析,三、内置式,LED,日光灯实例,骏欣铝基板,LED,日光灯目前存在的问题,一,.,驱动电源的恒流驱动问题。,目前大部分恒流源大都是总恒流,，,也就是多个并联灯串共用一个恒流源,。,因为,LED,灯珠之间阻值的差异性，所以每串灯的电流大小不同，任何一颗,LED,灯出现故障，都会影响其它灯串的电流，这样电流大的那些灯串光衰更严重，其使用寿命也会大大减短。）,骏欣铝基板,LED,日光灯目前存在的问题,二,.,散热问题,这是,LED,日光灯管的使用寿命的核心问题之一。因目前各厂家大都采用内置电源，以直接可以更换到荧光灯管支架上，这样整个电源所散发的热量和,LED,本身散发的热量都在一个铝外壳上散热，并且都在日光灯管内，,严重影响电源的使用寿命。,骏欣铝基板,LED,日光灯目前存在的问题,三,.,电源模块中电解电容使用寿命问题。,即使,采用超长寿命电解电容，在高温的情况下工作，它的寿命也无法与,LED,的寿命相平衡。怎样来提供良好的工作温度，以达到最理想的使用寿命,。,骏欣铝基板,LED,日光灯目前存在的问题,四,.,电源模块的不稳定性和产品安全性认证能否通过的问题。,目前市场上大部分厂家采用的是高压的非隔离方案，和反激式开关电源方案，因为内置体积十分有限（要放进灯管内），所以一般在设计时，很难把电源做到稳定。并且目前各个国家对安全认证方面都比较严格，对于高电压的电源供电的安全认证方面比较难通过。,骏欣铝基板,LED,日光灯电源方案,LED,日光灯的电源分为内置式和外置式两种。所谓内置式就是指电源可以放在灯管内部。这种内置式的最大优点就是可以做成直接替换现有的荧光灯管，而无需作任何改动。所以内置式的形状都是做成长条形，以便塞进半圆形的灯管中去。,下面先介绍两种内置式，非隔离型和隔离型。,骏欣铝基板,非隔离内置式,非隔离是指在负载端和输入端有直接连接，因此触摸负载就有触电的危险。,目前用得最多的是非隔离直接降压型电源。也就是把交流电整流以后得到直流高压，然后就直接用降压,(Buck),电路进行降压和恒流控制。其电原理图如下图所示：,骏欣铝基板,非隔离内置式,非隔离内置式,NTC,热敏电阻：,当电源开启瞬间，要对,C5,充电，由于瞬间电流大，加,RT1,（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在,RT1,电阻上，一定时间后温度升高后,RT1,阻值减小（,RT1,是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。,EMI,：,C1,、,L1,组成,EMI,滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。,骏欣铝基板,PFC,电路,传统桥式整流滤波,传统桥式整流与大容量电解电容滤波电路如图,1,（,a,）,由于整流二极管具有单向导电性，只有在,AC,线路电压瞬间值高于电容电压时才有电流流过，致使,AC,输入电流发生严重失真，电流导通角仅约为,60.,如图,1,（,b,）,骏欣铝基板,PFC,电路,PFC,在,AC,线路电压较高时，由于二极管,D6,，电容,C1,和,C2,以串联方式充电，,AC,电压高于,C1C2,电压时，线路电流通过负载；当线路电压幅值降至每个电容的充电电压以下，,D6,反向偏置，,C1C2,以并联方式放电，此时,AC,电流不再向负载供电,骏欣铝基板,倍容式纹波滤波器,在射极输出器的基极接一个电容,C4,，由于基极电流只有涉及电流的,1/,（,1+,），相当于在发射极接了一个大电容。,在基极到地再连接一个稳压管，就可以组成一个简单的串联稳压器,骏欣铝基板,降压稳压,非隔离内置式,这种非隔离式电源的主要技术特点：,从,18V,到,450V,的宽电压输入范围，恒流输出,;,采用频率抖动减少电磁干扰,;,可用线性及,PWM,调光，支持上百个,0.06W LED,的驱动应用；,工作频率,25KHz-300KHz,，可通过外部电阻来设定。,骏欣铝基板,非隔离内置式,优点：简单、指标高，它的输出电流可以按,LED,串并联的个数决定。,缺点：输出电流不能太大，输出电压也不能太高。,例如：,2,88个小功率,LED,连接成,2,4个串联，,12,串并联，每串,20mA,，一共,240mA,。体积也可以做得很小，通常是做成长条形的，以便放进,T10,或,T8,的管子里。假如每串的电流是,30mA,，,12,并就是,360mA,。在有些非隔离的电源中就无法实现，为了保持总电流,240mA,不变，就只能改成,8,串并联。但假如,LED,的总数不变，就要求串联的数目增加到,3,6个。这时候总电压就会增加到,108V,。但是通常这种非隔离恒流源的允许的最高输出电压不超过80,V,。只能维持原来的,2,4串，这样,LED,的总数就只能是192颗，即使采用,30mA,，其总流明数有可能不能满足要求。,骏欣铝基板,非隔离内置式,非隔离内置式,通常其效率大约在,88-90%,之间，功率因素大约在,0.88-0.92,之间。,然而这种非隔离电源也有一些局限性，因为非隔离的电源会把交流电源的高压引入到负载端，从而引起触电的危险。通常,LED,和铝散热器之间的绝缘靠铝基板的印制板的薄膜绝缘。虽然这个绝缘层可以耐,2000V,高压，但有时螺丝孔的毛刺会产生所谓的爬电现象，使得难以通过,CE,认证。,骏欣铝基板,隔离内置式,隔离式是指在输入端和输出端有隔离变压器隔离，这种变压器可能是工频也可能是高频的。但都能把输入和输出隔离起来。可以避免触电的危险。这种隔离式的日光灯电源原理图如下图所示。,骏欣铝基板,隔离内置式,隔离内置式,对反激式开关电源而言，每当功率开关管,(MOSFET),由导通变成截止时，在开关电源的一次绕组上就会产生尖峰电压和感应电压。其中的尖峰电压是由于高频变压器存在漏感,(,即漏磁产生的自感,),而形成的，它与直流高压,UI,叠加在,MOSFET,的漏极上，很容易损坏,MOSFET,。为此，必须在增加漏极钳位保护电路，对尖峰电压进行钳位或者吸收。,当,S1,关断时，漏感,L,K,释放能量，,D,导通,C,上电压瞬间充上去，然后,D,截止，,C,通过,E,放电。,骏欣铝基板,一般来说，由于加入了变压器，所以隔离式电源的效率会有所降低，通常大约在,88%,左右。而且变压器的体积也比较大。放进,T10,灯管还可以，但是放进,T8,的灯管就比较紧张。,骏欣铝基板,隔离内置式,内置式电源优点,内置式电源的最大优点就是能够直接替换现有采用电感镇流器的荧光灯，而不需要拆去任何东西。,现有荧光灯的电源分两种，如图所示：,骏欣铝基板,内置式电源优点,最普通的荧光灯的起辉是采用一个串联的铁芯电感和一个并联的起辉器。在直接替换时，只要拔掉起辉器就可以了。但是由于铁芯电感仍然串联在电路中，所以它仍然带来将近,6.4-10W,的损耗，结果使得这部分的额外损耗大大降低了,LED,的节电功效。,例如，本来一个,18W,的,LED,日光灯可以取代一个,36W,的荧光灯，不论采用上述非隔离式还是隔离式的电源，其效率至少为,88%,以上，那么其输入功率为,20.45W,，现在还要加上这个额外的,6.4W,，使得输入功率变成,26.85W,，其总效率也就降低为,67%,，,骏欣铝基板,内置式电源优点,不仅如此，由于电源内置，电源的热量也就加入到管内，假定电源的效率为,88%,，所以就有,2.45W,的热量也要散,去，假定,LED,本身的发光效率为,30%,，也就是有,70%,的电功率,变成热量，相当于,12.6W,的电功率变成热量，现在还要再加,上内置电源的,2.45W,的热量，相当于增加了,20%,的热量。其实所增加的这部分热量还不至于缩短太多的寿命,(20%,左右,),，,然而把电源放,到,管子里面，电源本身就要承受由,LED,产生的很高的环境温度，这就大大降低了电解电容的寿命，也就降低了整个灯具的寿命。,骏欣铝基板,内置式电源优点,假如原来采用的是电子镇流器，那么直接替换所产生的问题就更麻烦了。因为这时候加在日光灯两端的是一个高频高压。必须先用整流器变成直流高压，再用降压恒流源去驱动,LED,。这时候的效率将变成前面电子镇流器的效率和后面的降压恒流源效率的乘积，就可能连,70%,都不到。,骏欣铝基板,集中式外置电源,为了得到最高的性能最好采用集中式外置电源。因为目前推广,LED,日光灯的主要场所是政府机关、办公室、商场、学校、地下停车库、地铁等场所，往往一间房间采用不止一个日光灯，可能在,10,个以上。这时候就应该采用集中式的外置电源。所谓集中式是指采用一个大功率的AC,/DC,开关电源，统一供电，而每个日光灯则采用单独的,DC/DC,恒流模块。这样可以得到最高的效率和最大的功率因素。,骏欣铝基板,集中式外置电源,集中式外置电源,现在大功率的,AC/DC,开关电源的效率很容易做到,95%,功,率因素可以做到,0.995,。而降压式的,DC/DC,恒流源的效率也可以做到,98%,。这样总效率可以做到,93.1%,。这时的性能可以做到最高。,骏欣铝基板,集中式外置电源,集中式供电的优点是显而易见的。而且，它还是一种隔离式电源，在灯管处没有,220V,高压，只有低于,36VDC,的直流低压，也是符合安全使用的条件。另外，这种结构也很容易实现各种调光方案，例如手动调光，光敏调光，只要把调光控制信号送到各个,DC/DC,恒流模块就能实现。其具体的方框图如图所示。,骏欣铝基板,骏欣铝基板,集中式外置电源,LED,灯管结构,全塑灯管，早期的,LED,日光灯采用的是全塑灯管，因为主要采用非隔离式电源，为了避免触电问题，所以更希望采用全塑灯管。里面采用的是,5,的草帽管,LED,。但是很快就证明了这种日光灯的光衰很严重，寿命非常短，由于把热量全部封死在管内，根本无法散出去，再加上草帽管本来寿命就短，当然不可能长寿命。,骏欣铝基板,LED,灯管结构,2.,半塑半铝管，在发现了散热问题以后，就想到采用半塑半铝的方案。在需要透光的那一半采用塑料，在不需要透光而需要散热的那一半就采用铝合金。电源当然是放在铝管里面。看来问题似乎是解决了。然而因为,LED,日光灯的功率通常在,20W,左右，它的发热量还是相当大的。半根铝管并不能解决它的散热问题。所以又提出另一种散热的铝管结构。,3,它把电源放到管外，从而可以把半边铝壳完全做成散热器。扇骨形铝管采用扇骨形状的散热结构，大大增加了散热器面积。相对于半圆形的铝管来说，它的散热面积至少增大了,3,倍以上。再加上电源不放在管内，又可以减少热量，这就大大延长了,LED,的寿命。,骏欣铝基板,一种,LED,商业照明方案,LED,日光灯商业照明解决方案的设计理念就是给,LED,一个适应的工作环境，充分发挥它本身的节能、环保、寿命长等特性。,输出驱动电压选择外置式集中供电电源。电源模块采用外置天关,48V,或,36V,稳压供电，另外在每并联灯串上串联一个,NU501,芯片，实现每路,LED,灯串电流恒流（也就是路路恒流的概念）。特点：基于串并联安全考虑出负载合适的驱动电压值,尽量统一电压值减小电源设计规格成本；从解决,LED照明,市场大规模上量的技术和品质问题考虑。,骏欣铝基板,集中式外置电源,采用集中式外置电源，即多根灯条共用一个开关电源，一般一个,300W,的外置开关电源零售价在,100,元左右，带,T8 60CM8W,灯管,36,根，平均每根电源模块成本只有,2.5,元,2.8,元,.,骏欣铝基板,内置式,LED,日光灯电源设计方案,三种类型：,基于恒流芯片的驱动方案；,基于开关电源的恒流驱动器方案；,隔离驱动方,案；,骏欣铝基板,非隔离内置式驱动方案,采用开关电源控制模式的恒流驱动器,VIPER22,VIPer22A,器件是,STMicroelectronics,公司生产的低功耗离线式电流型脉宽调制,单片开关电源集成电路。,主要特点,9-36V,宽电压输入范围；,内部集成了专用电流型,PWM,控制器,内部集成高压功率,MOSFET,60kHz,固定频率振荡器,过压、过流、过温保护等电路。,采用此器件的开关电源与同类单片开关电源相比,具有电路设计简单、输入扰,动响应快、应用灵活、成本低廉、保护功能更加完善等优点。,骏欣铝基板,非隔离内置式驱动方案,电源脚,(VDD):,此引脚电压的可用范围为,8V,42V,这一功能使变压器的辅助,电源设计更为简单。为了保证电源更为可靠,起动开启阈值典,型值应为,14.5V,并可在,8V,关闭。,源极,(SOURCE):,功率,MOSFET,的源极与电路的原边地。,漏极,(DRAIN):,功率,MOSFET,的漏极,同时也可用于内部高压电流源和充,电。最高耐压为,730V,。,反馈脚,(FB):,用于扩展,0,1V,反馈控制电压范围,同时可限定,MOSFET,的漏,极电流峰值。,非隔离内置式驱动方案,基本工作原理,过压保护：当,VDD,电压高于内部,42V,电压基 准时,误差放大器会输出一个过压关断的停止工 作信号给,RS,触发器。,过流保护：如右图所示。图中,功率,MOSFET,可提供一个与主电流,Id,成正比的检测电流,Is,。当内部电阻,R2,接收到检测电流及反馈控制脚送来的电流后,它将把,R2,上的电压与内部,0.23V,的电压基准进行比较。当,R2,上的电压,R2(Is+IFB),0.23V,时,过流比较器会输出一个停止工作信号给,RS,触发器以关断,MOSFET,。,骏欣铝基板,非隔离内置式驱动方案,基本指标：,输入,1,8,0-265V;,输出电压,36-72V,；,输出,220mA,24,串,12,并，单串,LED,电流为,18.3mA;,功率因数,0.85-0.9,；,效率：,88%,骏欣铝基板,整体设,计方,骏欣铝基板,非隔离内置式驱动,方案,非隔离内置式驱动方案,基本工作原理,输入滤波,:交流市电入口接有保险丝FS和抗浪涌负温度系数热敏,电阻NTC。,之后是 EMI滤波器，由L1、L2和CX1组成,；,PFC,:C1、C3、D1D3组成无源功率因数校正；,降压稳压,:采用电容降压方法为芯片提供工作电流；,电流反馈,：由采样电阻R13、R14组成，D5,D6提供保护。,骏欣铝基板,感谢您的关注,骏欣铝基板,