LED驅動電源注意問題

2021-08-07 18:25:48 字數 2666 閱讀 3121

二、led驅動電源的拓撲結構

採用ac-dc電源的led照明應用中,電源轉換的構建模組包括二極體、開關(fet)、電感及電容及電阻等分立元件用於執行各自功能,而脈寬調變(pwm)穩壓器用於控制電源轉換。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3,其中反激拓撲結構是功率小於30 w的中低功率應用的標準選擇,而半橋結構則最適合於提供更高能效/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驅動器基本上採用「電子」變壓器。

採用dc-dc電源的led照明應用中,可以採用的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4。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,這種驅動方式易於設計、成本低,且沒有電磁相容(emc)問題,劣勢是依賴於電壓、需要篩選(binning)led,且能效較低。線性穩壓器同樣易於設計且沒有emc問題,還支援電流穩流及過流保護(fold back),且提供外部電流設定點,不足在於功率耗散問題,及輸入電壓要始終高於正向電壓,且能效不高。

開關穩壓器通過pwm控制模組不斷控制開關(fet)的開和關,進而控制電流的流動。

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,複雜度也更高,且存在電磁干擾(emi)問題。led dc-dc開關穩壓器常見的拓撲結構包括降壓(buck)、公升壓(boost)、降壓-公升壓(buck-boost)或單端初級電感轉換器(sepic)等不同型別。其中,所有工作條件下最低輸入電壓都大於led串最大電壓時採用降壓結構,如採用24 vdc驅動6顆串聯的led;與之相反,所有工作條件下最大輸入電壓都小於最低輸出電壓時採用公升壓結構,如採用12 vdc驅動6顆串聯的led;而輸入電壓與輸出電壓範圍有交迭時可以採用降壓-公升壓或sepic結構,如採用12 vdc或12 vac驅動4顆串聯的led,但這種結構的成本及能效最不理想。

採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5。這種結構中,led串以相反方向排列,工作在半週期,且led**路電壓大於正向電壓時才導通。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,使其免受線路浪湧或瞬態的影響。

三、功率因數校正

美國能源部(doe)「能源之星」(energystar)固態照明(ssl)規範中規定任何功率等級皆須強制提供功率因數校正(pfc)。這標準適用於一系列特定產品,如嵌燈、櫥櫃燈及檯燈,其中,住宅應用的led驅動器功率因數須大於0.7,而商業應用中則須大於0.

9;但是,這標準屬於自願性標準。歐盟的iec61000-3-2諧波含量標準中則規定了功率大於25 w的照明應用的總諧波失真效能,其最大限制相當於總諧波失真(thd)< 35%,而功率因數(pf)>0.94。

雖然不是所有國家都絕對強制要求照明應用中改善功率因數,但某些應用可能有這方面的要求,如公用事業機構大力推動擁有高功率因數的產品在公用設施中的商業應用,此外,公用事業機構購入/維護街燈時,也可以根據他們的意願來決定是否要求擁有高功率因數(通常》0.95+)。

pfc技術包括無源pfc及有源pfc兩種。無源pfc方案的體積較大,需要增加額外的元件來更好地改變電流波形,能夠達到約0.8或更高的功率因數。

其中,在小於5 w至40 w的較低功率應用中,幾乎是標準選擇的反激式拓撲結構只需要採用無源元件及稍作電路改動,即可實現高於0.7的功率因數。有源pfc(見圖6)通常是作為乙個專門的電源轉換段增加到電路中來改變輸入電流波形。

有源pfc通常提供公升壓,交流100至277 vac的寬輸入範圍下,pfc輸出電壓範圍達直流450至480 vdc。如果恰當地設計pfc段,可以提供91%到95%的高能效。但增加了有源pfc,仍然需要專門的dc-dc轉換來提供電流穩流。

四、能效問題

led照明應用的能效需要結合功率輸出來考慮。美國「能源之星」固態照明規範規定了照明器具級的能效,但並不涉及單獨led驅動器的能效要求。如前所述,採用ac-dc電源的led應用可以採用兩段式分布拓撲結構,故可能採用外部ac-dc介面卡供電。

而「能源之星」的確包含有關單輸出外部電源的規範,其2.0版外部電源規範於2023年11月開始生效,要求標準工作模式下最低能效達87%,而低壓工作模式下最低能效達86%;在此規範中,功率大於100 w時才要求pfc。

而在採用ac-dc電源的led應用中,要提供更高的ac-dc轉換能效,就涉及到成本、尺寸、效能規範及能效等因素之間的折衷問題。例如,若使用更高質量的元件、更低導通阻抗(rdson),就可降低損耗及改善能效;降低開關頻率一般會改善能效,但卻會增加系統尺寸。諸如諧振這樣新的拓撲結構提供更高能效,卻也增加設計及元件的複雜度。

如果我們將設計限定在較窄的功率及電壓範圍,則可以幫助優化能效。

五、驅動器標準

led驅動器本身也在不斷演進,著重於進一步提高能效、增加功能及功率密度。美國「能源之星」的固態照明規範提出的是照明器具級的能效限制,涉及包括功率因數在內的特定產品要求。而歐盟的iec 61347-2-13 (5/2006)標準針對採用直流或交流供電的led模組的要求包括:

最大安全特低電壓(selv)工作輸出電壓≤25 vrms (35.3 vdc)

不同故障條件下「恰當」/安全的工作

故障時不冒煙或易燃

此外,ansi c82.*** led驅動器規範仍在制定之中。而在安全性方面,需要遵從ul、csa等標準,如ul1310 (class 2)、ul 60950、ul1012。

此外,led照明設計還涉及到產品壽命週期及可靠性問題。

LED驅動電源說明

輸入電壓是乙個很關鍵的指標,對於出口的led產品在選擇電源的時候,這個顯得更加的重要,每個國家的電壓是不一樣,如美國的電壓是120v 日本的電壓是110v,歐洲的電壓大都是230 240v 國內的大家都知道是220v 所以在產品出口的時候一定要先了解出口國家的電壓,在市面上也有一種寬電源,它的輸入電...

LED驅動電源知識

由於各種規格不同的led電源的效能和轉換效率各不相同,所以選擇合適 高效的led專用電源,才能真正展露出led光源高效能的特性。因為低效率的led電源本身就需要消耗大量電能,所以在給led供電的過程中就無法凸顯led的節能特點。總之,led電源在led工作中的穩定性 節能性 壽命長短,具備重要的作用...

LED驅動電源書籍

四本比較好的led驅動電源書籍,好壞排序從前到後,其中第一本比較系統,第二本在設計細節上考慮的非常全面詳細,第三本是一些主流晶元和驅動電路的設計拓撲和結構,具有很大實用性。第四本為譯著,原著質量不錯,但譯者翻譯的質量不怎麼好,而且當當網缺貨,卓越有少量餘貨,其他三本各 均有餘貨。高亮度led照明及驅...