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1、LED电源技术调研摘要：本文首先通过对LED电源的现状分析，然后结合LED的特点进行分析，论述。在此基础上，总结出LED电源的技术参数要求。本文可作为后续LED电源设计开发工作继续进行的理论基础。关键词：标准 LED VI曲线 效率 光通量效率曲线 恒流 功率因数 EMC LED电源的现状分析1）LED电源的现状LED电源也是一个配套产品,现在做LED电源的人确实很多,但是能做好的却不多。主要原因：1. 生产LED照明及相关产品的公司的技术人员对开关电源的了解不够，做出的电源是可以正常工作，但一些关键性的评估及电磁兼容的考虑不够，还是有一定得隐患。2. 大部分LED电源生产企业都是从普通的开关
2、电源转型过来做LED电源，对LED的特点及使用认识还不够。3. 现在关于LED的标准几乎没有，大部分都是参考开关电源和电子整流器的标准。4. 现在大部分LED电源没有统一，所以量大部分都比较小。采购量小，价格就偏高，而且元器件供应商也不太配合。 在市场LED产品如火如荼的发展态势下，就LED驱动电源企业而言，目前面临几个挑战。1. LED电源的稳定性：宽电压输入，高温和低温工作，温度保护等问题都没有一一解决。2. 首先是驱动电路整体寿命，尤其是关键器件如：电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命。3. 是LED驱动器应挑战更高的转换效率，尤其是在驱动大功率LED时更是如此，因为所有未作为光输出的
3、功率都作为热量耗散，电源转换效率的过低，影响了LED节能效果的发挥。4. 目前在功率较小(1-5W)的应用场合，恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1/3，已经接近了光源的成本，一定程度上影响了市场推广。 选择和设计LED电源必须考虑的问题1）LED的特点分析：LED由于环保、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，LED的驱动电源更成了关注热点，理论上，LED的使用寿命在10万小时以上，但在实际应用过程中，由于驱动电源的设计及驱动方式选择不当，使LED极易损坏。LED的具体特点有：1. LED是电流随电压的变化很大。2. LED是电压与温度是变化成反比。3. LED的光通
4、量随温度的升高而降低。4. LED的寿命随温度的升高而减小。5. LED的正向VF值。下面以Cree 7090XR-E为例进行分析，下图分别为：（图1）是基本的参数；（图2）为光通量与节温的曲线；（图3）为VI曲线。 图（1） （图2） （图3）2）配套LED的驱动电源要求根据LED特点，使用配套电源时要注意：1. 根据LED电流和电压特点，比较理想的是使用恒流驱动。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。2. 另外，LED光通量与温度成反比，所以使用中应尽量减少电源发热和设计良好的散热系统。从而降低LED的工作的温度。3. 为了保证LED的整体寿命必须将
5、LED的节温控制在一定的范围内。根据电网的用电的特点，LED特性的要求以及相关LED产品，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点：1. 高可靠性LED产品主要是有LED和电源，外壳，控制电路等组成。其中LED电源的好坏直接影响了产品的好坏。特别是LED路灯产品，由于装在高空，维修不方便，维修的花费也大。2. 高效率LED是节能产品，驱动电源也要符合节能的要求。特别是电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的溫升。可延缓LED的光衰有利。3. 高功率因素参考日关灯电子整流器的要求25W
6、功率的必须有高功率因素。4. 恒流驱动方式为了配合LED的VI特性，所以LED电源必须使用恒流驱动的方式。5. 浪涌保护LED抗冲击能力比较差，所以要加强这方面的保护。特别是一些装在户外的产品，由于电网负载的启动和雷。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。6. 温度保护功能电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。7. LED电源寿命驱动电源的寿命要与LED的寿命相配和。8. 安规和电磁兼容的要求。为是产品满足各国标准及市场的要求。9. .工作环境问题：由于各个地方的环境的不同。10. 软启动电路考虑到电源的工作方式，如果不加
7、软启动电路，通电瞬间，输出会有一个电压尖峰。为更好的保护LED，所以需要加软启动电路。12.温度保护功能由于LED的温度直接影响到其寿命，所以必须对LED的温度加以控制。当LED的温度达到一定值后，温度保护开始起控，将LED的功率减小，使其温度降低。3）LED 照明发展中一些争议1. 担心散热不会很好解决散热主要看我们设计的方式。在设计LED 灯具长期受使用灯泡(点光源)结构概念影响，总会认为散热解决难度高。没有迹象表明只有设计像灯泡结构才可以在照明市场广泛采用，应该抛开现有传统概念，要有突破性的构思与发展。传统灯具结构也是不断发展才会有现在的结构，圆体积比较符合真空需要，可以承受几千高温度，
8、所以它可以设计比较集中的光源。LED 只能承受150结温度，现阶段只要是LED 价格可以接受的领域，都得到很好的应用和发展。并没有受到散热条件的限制而不能采用LED。温度，通常很多要求LED 产品表面温度50以内，这种心态是不对的。要看我们具体使用环境条件，在很多环境温度不能保证在25，要实现产品表面50显然是困难的。在设计LED 产品时最需要考虑LED 结温度。如果表面温度很低，热量未散出，结温度超过合理值，很显然这产品设计是很失败！反过来，LED 产品设计的散热热阻很小，结温度保持在合理范围内，即使产品外壳温度达到了70，我认为也是可以接受的。2. 担心安规问题LED 没有明确的文件遵循，
9、不会影响LED 进程。很多产品没有相应标准，不都发展的好好的嘛！ LED 电源与现行的电压开关电源产品在安规方面不会有太大区别，安全规定适用LED 产品，只是光源不同，没有本质的区别。就算新出台针对LED 安全规定，也一定是有利于LED 未来发展方向，不可能出现限制条款。3担心使用电解电容寿命短影响LED 进程我们不能拿电解电容寿命判定LED 产品寿命，理论值与实际值会相错很远，宣传中LED 有10 万小时寿命，这一理论值很难得到印证。电解电容在现有的灯具广泛应用，也没有看到会有那么严重的后果。电子产品不可能保证100%不损坏，LED 产品也是一样，其它器件寿命落后于LED器件，市场会迫使电解
10、电容更新或新器件诞生。不会影响LED 照明发展进程,担心实属多余。LED可以承受合适的脉动直流驱动，在某些领域可以不需要滤波。 发展趋势未来LED 肯定是需要恒流方式点亮。LED 照明是新型产业，没有可参考模式，需要原创设计才可以迎合市场需求，市场的初创需求显得非常重要。更需要的是驱动新概念，突破性驱动设计概念是指引LED 照明线路设计，及IC规划设计未来的基础。为LED 照明应用设计奠定坚实的基础。1）前沿技术IC的发展趋势1. 随着全球的对节能要求的提高，对LED产品的效率也相应的要求比较高。一些IC设计企业也加大投入努力的提高产品的效率。现阶段DC TO DC的效率最高已可以做到97.2
11、. 由于一些灯具和产品结构的限制，为满足更小空间，更大功率。IC工作频率也是进一步提升。现阶段IC的工作频率都达到了5MHz.3. IC的耐温也进一步提升，现阶段的IC的节温都可以达到1604. 随着LED产业的发展，IC设计对LED相应的应用和保护考虑的越来越全面。现阶段已经针对LED应用，增加了，恒流功能；过温保护；调光功能；宽电压输入；温度控制端口；过压保护等。5. 在IC设计中更充分考虑电磁兼容的需求，并开发出了一些新的技术。如：增加抖频技术抑制EMI。6. 随着电网对功率因数的要求，IC前沿设计也在努力的改善功率因数。2）LED应用的发展1. 针对LED的特点开发一系列恒压恒流控制电
12、子电路，利用集成电路技术将每颗LED的输入电流控制在最佳电流值，使得LED能获得稳定的电流，并产生最高的输出光通量。LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。2. LED驱动电路具有智能控制功能，使LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种因素而产生变化时，初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。3. 在控制电路电路设计方面，要向集中控制，标准模块化，系统可扩展性三方面发展。4. 在目前LED光效和光通量有限的情况下，充分发挥LED色彩多样性的特点，开发变色LED灯饰的控制电路。 设计LED电源的
13、整体思路已经介绍过LED电源的需要注意的地方及对整个产品的重要性，首先，我们了解一下我们常用的LED电源的几种工作方式参考（图4） 图4设计LED驱动电源的理念1. LED的VF电压都很低，一般VF =1.8-3.8V，普通LED的IF在13-20 mA ；大功率LED的IF在300-1400mA；因此LED电源的输出电压是VF XN或VF X1, IF恒流在13-1400mA。2. 大功率LED是低电压、大电流的驱动器件，其发光的强度由流过LED的电流决定，电流越大，光强越高，功耗也越大，同样发热也越大，所引起LED的衰减也越大。所以在设计LED电流时要综合LED光强和发热，将LED电流设定
14、在最合适的值。3. 随着大功率LED的发展和应用的日益广泛，功率型LED驱动显得越来越重要。对于用市电驱动大功率LED电源。还需要解决隔离、PFC（功率因素校正）问题。4. 设计LED电源是一定要考虑到通用性和兼容性。例如：1x3W、3xW、1W应该是可以采用统一的方案和PCB等。5. 在LED领域，要体现出节能和长寿命的特点，LED电源也要与其匹配。6. 作为一个设计人员不仅要设计好的产品，而且要将成本控制在尽量低的范围内。这就需要工程师对元器件的价格和生产工艺有一定的了解。 现阶段重点要做的工作及要解决的问题1）、日关灯电源项目的相关工作首先从我们分析一下目前市场推广的一些方案：电路结构优
15、点缺点1. 迟滞型转换器，电路结构简单，使用方便。2. 体积可以做得比较小，可以直接装到光源底部。3. 价格相对便宜点。4. 效率较高。1. 输出电流误差比较大，达到102. 不隔离的输出为高压。3. 功率因数不容易做得较高。4. 电路的稳定性不够。1. Buck电路结构，性能相对稳定2. 体积可以做得比较小，可以直接装到光源底部。3. 电路采用双闭环控制，恒流精度可以做得比较高可达到4。1. 价格比较高。2. 设计相对比上一种复杂。3. 功率因数不容易做得较高。4. 不隔离的输出为高压。 1. 功率因数可以做的比较高可达到0.9以上。2. 初次级为隔离相对安全。3. 电路采用单级PFC反激电路，性能稳定。4. 恒流精度可以做得较高。1. 电路设计比较复杂2. 变压器不好设计。3. 价格相对第一种高4. 效率相对不够高
