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    LED照明驅動(dòng)電源的正確選取方法及器件配置

    :2018-04-09    :333

    由于LED節能、使用壽命長(cháng)、耐用及設計靈活,目前LED正在快速取代室內和室外照明設備中的白熾燈和熒光燈。但選擇正確的LED只是設計方程的一部分。 為了使您的固態(tài)照明設計實(shí)現全面的效率、耐久性和使用壽命,您需要選擇合適的電源,把您的應用要求和所使用的LED相匹配。本文將為您提供一些有用的建議,在選擇電源過(guò)程中需要考慮的地方。

     

    相關(guān)背景介紹

     

    LED的電源電壓一旦等于或大于二極管的正向壓降(通常在2-3V的區域),LED就開(kāi)始產(chǎn)生光。完全亮度所需的電流因設備而異,但對于1W的LED(通常是照明應用中最小的尺寸)通常為350mA。與白熾燈不同,LED是非線(xiàn)性設備。這意味著(zhù)一旦電源電壓超過(guò)二極管的正向電壓,通過(guò)的電流隨著(zhù)電源電壓而呈指數增長(cháng)。沒(méi)有某種形式的電流調節,LED芯片將成為昂貴的、單穩態(tài)閃光燈泡。

     

    為了防止這種情況,電源必須在合適的電流下提供合適的電壓。最簡(jiǎn)單的方法是選擇一個(gè)輸出電壓大于所選LED正向電壓的電源,并使用限流電阻將電流限制在LED制造商指定的最大值。這種方法的缺點(diǎn)是,LED照明的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)高效率會(huì )受到限流裝置耗散的功率的影響。

     

    這種方法的另一個(gè)問(wèn)題是LED結溫影響了正向電壓。由于電源的輸出電壓是固定的,這反過(guò)來(lái)意味著(zhù)如果限流裝置兩端的電壓發(fā)生變化,因此電流也會(huì )改變。變化的電流將影響發(fā)射的光量,降低LED的可靠性。最好的方法是用恒定電流源驅動(dòng)LED。這樣,可以將電流設置為L(cháng)ED制造商指定的最大值,以實(shí)現最大的效率和可靠性,或者實(shí)現所需的精確亮度,并且還可以在LED或環(huán)境溫度變化時(shí)消除結溫的影響。

     

    在照明應用中,使用LED的一個(gè)好處是易于改變亮度。這可以通過(guò)改變通過(guò)LED的電流來(lái)實(shí)現,但是,以小于其最大電流運行LED會(huì )降低效率并且可能導致顏色的輕微變化。因此,更好的方法是將電流在零和最大值之間進(jìn)行脈沖以改變發(fā)射的平均光。只要這是在足夠高的頻率完成的,以避免脈沖被人眼看作是閃光,這是實(shí)現調光的最佳方式。電流的脈沖通常以固定頻率進(jìn)行,零與全電流的比值發(fā)生變化。這是脈寬調制(PWM)方法。

     

    選擇電源

     

    為照明應用選擇電源的類(lèi)型將基于幾個(gè)因素。首先,考慮應用運行的環(huán)境。應用是在室內還是室外?電源是否需要防水或需要特殊的IP等級?電源是否能夠使用傳導冷卻或只使用對流冷卻?

     

    接下來(lái),要定義整體功率要求。單個(gè)燈具可能只需要一個(gè)小的電源,但一個(gè)復雜的系統可能需要提供數百瓦的電源。另外,還需要其他功能嗎?例如,電源是否需要在簡(jiǎn)單的恒壓模式還是恒流模式下工作,應用是否需要調光?

     

    法規和規定很重要

     

    那么,現在是考慮法規的時(shí)候了。整個(gè)系統是否需要在一定的諧波電流范圍內運行?它是否需要符合照明的安全標準,還是ITE電源就足夠了?而在這個(gè)能源敏感的時(shí)代,電源如何有效地滿(mǎn)足當地或區域標準?

     

    同樣重要的是,在一些地方政府機構會(huì )向符合特定效率和功率因數校正水平的產(chǎn)品提供折扣或其他補貼,產(chǎn)品有在這些地方出售嗎?同樣,了解您的設計標準是否符合要求,這一點(diǎn)也很重要,包括關(guān)閉電源時(shí)電源耗電量的任何要求。

     

    安全標準

     

    適用于照明系統的有各種標準。國際上,IEC61347第1部分涵蓋了燈具控制裝置的一般安全要求,和第2部分第13(2)節適用于LED模塊電源。美國有UL8750,歐洲有EN61347,都是以章節命名的IEC格式。

     

    諧波電流

     

    照明應用通常要求諧波電流發(fā)射要滿(mǎn)足EN61000-3-2的要求,而照明類(lèi)別為C類(lèi)。在此類(lèi)別中,對于25W以上有源輸入功率的有一組限制,對于25W及以下的則為另一套。但是,該標準僅提及25W及以下的放電照明。

     

    為了滿(mǎn)足25W以上的限制,通常需要功率因數校正,并且由于限制是以安培數的百分比計算而不是絕對值計算,所以最好使用專(zhuān)門(mén)用于照明應用的電源,而不是ITE型電源。但是,只要照明負載高于電源滿(mǎn)負荷額定值的40-50%,ITE電源可能會(huì )達到極限。

     

    這邊舉一個(gè)例子,XP Power的IP67級DLE系列是專(zhuān)為L(cháng)ED照明應用而設計的電源系列。該系列產(chǎn)品包括15,25,35和60瓦特型號,符合EN61347和UL8750安全規范。

     

    圖1. 一個(gè)示例LED電源,來(lái)自XP Power的15 - 60瓦特DLE系列。

     

    LED配置

     

    一些照明應用可能只使用一個(gè)LED。這種使用的功率通常約為1W,正向電壓在2-3V的范圍內,正向電流約為350mA。雖然這會(huì )產(chǎn)生明亮的光源,但更可能的是,LED會(huì )被用于單個(gè)照明燈具或一組燈具中的某種陣列,以產(chǎn)生更明亮和更均勻的光源。LED通常用于四種配置中的一種配置。將LED串聯(lián)、并聯(lián)或矩陣(串聯(lián)和并聯(lián)組合)配置使其從單個(gè)電源驅動(dòng)。第四種配置使用多個(gè)通道,需要多個(gè)電源。

     

    串聯(lián)配置

     

    圖2 - LED串聯(lián)連接

     

    在串聯(lián)配置中,各個(gè)LED串聯(lián)布置。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是,相同的電流經(jīng)過(guò)它們中的每一個(gè),導致發(fā)出的光亮度相同。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,如果一個(gè)LED在短路中出現故障,其他LED不受影響,仍然亮著(zhù)。缺點(diǎn)是如果一個(gè)LED在開(kāi)路中出現故障,則電流將被中斷,其他所有LED都熄滅。另一個(gè)缺點(diǎn)是,如果需要許多LED來(lái)產(chǎn)生所需的光量,則正向電壓的總和可能需要使用相當高的輸出電壓的電源。

     

    并聯(lián)配置

     

    圖3 - LED并聯(lián)連接

     

    當并聯(lián)連接時(shí),LED仍然可以串聯(lián)布置在兩個(gè)或更多個(gè)LED串中。優(yōu)點(diǎn)是對于相同數量的LED即相同的亮度,電源可以有較低的輸出電壓,因為每個(gè)串中的LED的數量可以減少。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是,如果在一個(gè)串中的一個(gè)LED變成開(kāi)路,則其他串不受影響,燈具仍然可以發(fā)光,但亮度降低。

     

    缺點(diǎn)是由于每個(gè)串中存在稍微不同的正向電壓,每個(gè)串中的電流不能由單個(gè)電源精確控制,因此每個(gè)串可能需要一個(gè)電流平衡裝置,這會(huì )降低整體效率。

     

    矩陣配置

    圖4 - 以矩陣配置連接的LED

     

    在矩陣配置中,LED可以以并行配置的方式進(jìn)行相似地配置,但是串與串之間每個(gè)LED都會(huì )連接。這種配置的最大優(yōu)點(diǎn)是,如果單個(gè)LED變成開(kāi)路,則仍然存在一條路徑讓電流流過(guò)該串中的所有其他LED,因此光輸出幾乎不減少。主要的缺點(diǎn)在于,由于不能使用電流平衡裝置,因此更難控制每個(gè)串中的電流。這意味著(zhù)所使用的LED必須具有緊密匹配的正向電壓,這可能增加成本。

     

    多通道配置

     

    圖5 - LED通過(guò)多通道方式連接

     

    使用這種方法,LED以多個(gè)串串聯(lián)排列,類(lèi)似于并列和矩陣配置。優(yōu)點(diǎn)是對于所需的任何給定亮度,總的串電壓可以減小,并且由于每個(gè)串由單個(gè)電源供應,任何一個(gè)串的故障不會(huì )以任何方式影響其他串。缺點(diǎn)是電源將更昂貴,因為每個(gè)串具有單獨的輸出,但是在應用中卻更靈活。

     




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