LED灯具品质与驱动电源关系.doc

LED灯具品质与驱动电源关系
【2008-2-29】发布

LED灯具品质与驱动电源关系

LED由于不含有毒物质、环保、寿命长、光电效率高等众多优点，近年来在各行业应用得以快速发展，理论上，LED的使用寿命在10万小时左右，但在实际应用过程中，有些LED灯具设计人员对LED驱动电源认识不足或选用不当，结果使LED灯具产品寿命大大缩短或使LED灯具的优势得不到很好的发挥。　

　由于LED加工制造的特殊性，导致不同的生产厂家甚至同一个生产厂家在同一批产品中所生产的LED的电流、电压特性均有较大的个体差异。现以大功率1W白光LED典型规格为例，按照LED的电流、电压变化规律来做简要说明，一般1W白光应用正向电压为3.0-3.6V左右，也就是说，当标称为1W的LED在流过350毫安电流时，它两端的电压可能在3.1V，也可能在3.2V或3.5V也可能是其它值，为保证1WLED的寿命，一般LED生产厂家建议灯具厂用350mA的电流去驱动，当通过LED两端的正向电流达到350毫安后，LED两端的正向电压很小的增加，都会使LED正向电流大幅度的上升，使LED温度成直线上升，从而加速LED光衰，使LED的寿命缩短，严重时甚至烧坏LED。由于LED的电压、电流变化的特殊性，因此对驱动LED的电源提出了严格要求。

LED驱动电源是LED灯具的关键所在，它就好比一个人的心脏，要制造高品质的、用于照明的LED灯具必须放弃恒压方式驱动LED。

　当前很多厂家生产的LED灯类产品（比如护栏、灯杯、投射灯、庭院灯等），采用阻、容降压，然后加上一个稳压二极管稳压，向LED供电，这样驱动LED的方式存在极大缺陷，首先是效率低，在降压电阻上消耗大量电能，甚至有可能超过LED所消耗的电能，且无法提供大电流驱动，因为电流越大，消耗在降压电阻上的电能就越大，无法保证通过LED电流不超过其正常工作要求，设计产品时都会采用降低LED两端电压来供电驱动，这样是以牺牲LED亮度为代价的。采用阻、容降压方式驱动LED，LED的亮度不能稳定，当供电电源电压低时，LED的亮度变暗，供电电源电压高时，LED的亮度变亮些。当然，阻、容降压方式驱动LED的最大优势是成本低,因此目前仍然有部分LED灯具企业在采用这种方式。

　　有些厂家，为降低产品的成本，采用恒压驱动LED，同样带来了批量生产时每个LED发光亮度不均匀、LED不能工作于最佳状态等一系列问题。

　　恒流源驱动是最佳的LED驱动方式，采用恒流源驱动，不用在输出电路串联限流电阻，LED上流过的电流也不受外界电源电压变化、环境温度变化，以及LED参数离散性的影响，从而能保持电流恒定，充分发挥LED的各种优良特性。

　采用LED恒流电源来给LED灯具供电，由于在电源在工作期间都会自动检测和控制流过LED的电流，因此，不必担心在通电的瞬间有过高的电流流过LED，也不必担心负载短路烧坏电源。

　　采用恒流驱动方式，它能避免LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED的亮度稳定，也便于LED灯具厂实施大批量生产时保证产品的一致性，因此众多厂家已经充分认识到驱动电源的重要性，许多LED灯具厂家已经放弃恒压方式，而选用成本稍高的恒流方式驱动LED灯具了。
　　有些厂家担心电源驱动板选用电解电容会影响电源的寿命，其实是一种误解，比如：如果选用105度，寿命为8000小时的高温电解电容，根据通行的电解电容寿命估算公司“每降低10度，寿命增加一倍”，那么它在95度环境下工作寿命为16000小时，在在85度环境下工作寿命为32000小时，在75度环境下工作寿命为64000小时，如果实际工作温度更低，那么寿命会更长！由此看来，只要选用高品质的电解电容对驱动电源的寿命是没有什么影响的！

 还有一点值得LED灯具企业注意：由于LED在工作过程中会放出大量的热量,使管芯结温迅速上升,LED功率越高,发热效应越大.LED芯片温度的升高将导致发光器件性能的变化与电光转换效率衰减,严重时甚至失效，根据实验测试表明：LED自身温度每上升5摄氏度，光通量就下降3％,因此LED灯具一定要注意LED光源本身的散热工作，在可能的情况下尽量加大LED光源自身的散热面积,尽量降低LED自身的工作温度，如果条件允许，最好能将电源部分与光源部分隔开，一味地追求小体积而忽视灯具及电源的工作温度是不可取的。

电子工程师谈LED日光灯驱动电源的要求和电路结构的问题
【2008-3-28 13:58:58】发布

　关于LED日光灯驱动电源的要求和电路结构的问题—
     我的看法是,因为电源要内置在灯里,而发热是LED光衰最大的杀手,所以发热一定要小,就是效率一定得高.当然得有高效率的电源.对于T8一米二长的那种灯,最好是不要用一支电源,而是用二支,两端各一只,将热量分散.从而不使热量集中在一个地方.电源的效率主要取决于电路的结构和所用的器件.先说电路结构,有些人还说要隔离电源,我想绝对是没必要的,因为这种东西本来就是置于灯体内部,人根本摸不到.没必要隔离,因为隔离电源的效率比不隔离效率要低,第二是,最好输出要高电压小电流,这样的电源才能把效率做高.现在普遍用到的是,BUCK电路,即降压式电路.最好是把输出电压做到一百伏以上,电流定在100MA上那样,如驱动一百二十只,最好是三串,每串四十只,电压就是一百三十伏,电流60MA.这种电源用的很多,本人只是认为有一点不好,如果开关管失控通咱,LED会玩完.现在LED这么贵.我比较看好升压式电路,此种电路的好处,我反复的说过,一是效率较降压式的高些,二是电源坏了,LED灯不会坏.这样能确保万无一失,如果烧坏一个电源,只是损失几块钱,烧一个LED日光灯,就会赔掉上百元的成本.所以我一直首推还是升压式的电源.还有就是,升压式电路,很容易把PF值作高,降压式的就麻烦一些.我绝对升压式电路用于LED日光灯的好处还是有压倒性的强于降压式的.只是有一年缺 点,就是在220V市电输入情况下,负载范围比较窄,一般只能适用于100至140个一串或两串LED,对于少于此数的,或是夹在中间的,却用起来不方便.不过现在做LED日光灯的,一般60CM长那种都是用100至140,一米二的那种,一般就是用二百到二百六那样,使用起来还是可以的.所以现在LED日光灯一般使用的是不隔离降压电路,还有不隔离升压电路,此种电路用于LED日光灯,应该可以算是本人首创.

业内人士谈两种LED恒流驱动控制方式
【2008-5-28 13:58:38】发布

　两种恒流控制方式—
    下面要说的是,两种恒流控制模式的开关电源,从而产生两种做法.这两种做法,无论是原理,还是器件应用,还是性能差别,相当都较大.
     首先说原理.第一种以现在恒流型LED专用IC为代表,主要如9910系列,AMC7150,凡是现在打LED恒流驱动IC的牌子基本都是这种,且叫他恒流IC型的吧.但我认为这种所谓恒流IC做恒流,效果却不怎么好.其控制原理相对来说较简单,就是在电源工作的原边回路,设定一个电流阀值,当原边MOS导通,此时电感的电流是线性上升的,当上升到一定值的时候,达到这个阀值,就关断电流,下一周期再由触发电路触发导通.其实此种恒流应该是一种限流,我们知道,当电感量不同的时候,原边电流的形状是不同的,虽然有相同的峰值,但电流平均值不同.因此,象这种电源一般就是批量生产时,恒流大小的一致性不太好控制.还有就是此种电源有一个特点,一般是输出电流是梯形的,即波动式电流,输出一般是不用电解平滑的,这也是一个问题,如果电流峰值过大,会对LED产生影响.如果电源的输出级没有并电解来平滑电流的那种电源,基本上都属此类.即判断是否是这种控制方式,就看其输出有没有并上电解滤波了.这种恒流我原来一直叫其为假恒流,因为其本质就是一种限流,并不是经过运放比较,而得到的恒流值.
      第二种恒流方式,应该可以叫做开关电源式的.这种控制方式和开关电源的恒压控制方式相似.大家都知道用TL431做恒压吧,因为其内部有一个2.5伏的基准,然后用电阻分压方式.当输出电压高一点的时候,或低一点的时候,就产生一个比较电压,经过放大,去控制PWM信号,所以此种控制方式可以很精确的控制电压.这种控制方式,需要一个基准,还需要一只运放,如果基准够准,运放放大倍数够大,那么就定的很准.同样的,做恒流,就是需要一个恒流基准,一个运放,用电阻过流检测,作为信号,然后用这个信号放大,去控制PWM,可惜现在就是不太好找到很准的基准信号,常用的有三极管,这个做基准温漂大,还有就是可以拿二极管约1V的导通值做基准,这样的也可以,可都不高,最好的是用运放加TL431当基准,但电路复杂.但这样做的恒流电源,恒流精确度还是好控制的多.而这种模式控制的恒流,其输出一定得加电解滤波,所以输出电源是平滑直流,不是脉动的,脉 动的话就没法取样了.所以要判定是哪种只要看其输出是否有电解就行了.
     两种恒流控制模式决定了使用两类不同的器件,—
      从而决定了两种电路器件使用不同,性能的不同,成本亦不同.
      以9910系列为代表的恒流型控制IC做的LED电源,实际是限流,控制较简单,严格的说起来,其不属于开关电源控制的主流模式,开关电源控制的主流模式是一定要有基准和运放的.但这种IC出来就只能用于LED,很难用于其它的东西,只是因为LED对纹波要求极低.但因为是只用于LED,所以现在价格较高.基本就是使用9910加MOS管制作,输出无电解,一般我看很多人就是用工字电感做功率转换电感的.这种电源,一般厂家的芯片资料上有出图,基本都是降压式.我也不多说了,精于此道的人比我多的多.
     二是以我为代表的,即是开关电源控制模式的恒流驱动器.这种,就是以普通的开关电源芯片为核心转换器件,这种芯片很多,如PI的TNY系列,TOP系列,ST的VIPER12,VIPER22,仙童的FSD200等,甚至只用三极管或是MOS管的RCC等,都可以做.好处是成本低,可靠性也不错.因为普通的开关电源芯片不但价格好,而且都是经过大量使用的经典产品.象这种IC其实一般集成了MOS管,比9910外加MOS方便,但控制方式复杂一些,需要外加恒流控制器件,可以用三极管,或是运放.磁性元件可以用工字电感,亦可用带气隙的高频变压器.
我爱用变压器,因为电感的成本虽然很低,但我觉得其带负载能力不行,再者调节感量也不灵活.所以我觉得比较好的器件选择是,普通的集成MOS的开关电源芯片加高频变压器,从性能,成本上,都是最理想的选择,不需要去用什么恒流IC,那种东西,又不好用,又贵.
     最后说一下,区别这两种电源,一个最重要的方法,就是看其输出是否有电解电容作滤波.