LED驱动电源

LED 驱动电源可靠性设计研究 随着 LED 效率的迅速提高、成本的不断下降，LED 市场正在由手机的背光源和汽车仪表 照明，以及亮度要求不高的特殊照明和景观照明领域向普通白光照明领域扩展。 LED 是一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯和高强度放电灯之后的第四代光源。它 具有以下特点： ①发光效率高，能量消耗低。由于 LED 的光谱几乎全部集中于可见光区域，效率可达 到 80% ~ 90%,大功率 LED 照明的耗电量仅为相同亮度白炽灯的 10% ~20%. ②安全，环保。大功率 LED 的工作电压为 3 ~4 V 的直流电，因而没有电磁干扰。LED 产生的废弃物可回收，无污染，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 ③寿命长，可靠性高，LED 的平均寿命长达 50 000 h,大功率照明 LED 以其特殊的电 子结构保证其工作时有良好的稳定性和可靠性，甚至在水下也能长时间稳定地工作。而且它 没有传统灯泡的钨丝、玻璃壳等易损部件，维护费用低廉。LED 的工作温度范围也很宽， 在-40 ℃ ~85 ℃之间均能正常工作。 ④单色性能好，色彩丰富。光色纯，光线质量高，单一颜色 LED 的光谱狭窄，谱线单 一，集中在可见光波段。 ⑤体积小，重量轻，可以灵活地排列搭配使用。 ⑥响应时间短，LED 的响应时间只有数十纳秒。 近年来，LED 以其环保、发光高效的特点得到了广泛的应用，尤其在照明方面应用越 来越广泛。就目前的发展来看，大家最为关心的是灯的寿命问题，而现在无论是灯使用者还 是 生产厂都看到，灯的寿命取决于驱动电源，99%以上的灯故障都是由于驱动电源引起的， LED 的寿命长达 50 000 h,但与之配套的驱动电源的寿命仅为 10 000 h.所以 LED 灯照明装 置能否应用推广的关键环节之一是其驱动电源问题，笔者就提高大功率（ 100 ~ 200 W） 驱 动电源的可靠性从如下两大方面进行了探讨。 1 防水及降温处理 大功率 LED 灯一般安装在室外，风吹雨淋自然难免，做好防水工作是关键所在。目前 大家通用的方式是灌胶，而胶导热系数的差异直接影响电源的散热效果，最终影响寿命。 （ 1） 选择符合高耐寒要求的胶，防止在超低温下胶体开裂等失效现象，要考虑灌注 胶温度对器件性能的影响，不能选用灌注温度过高的胶，灌注温度应低于 150 ℃，选用- 40 ~ + 150 ℃的高品质胶。 （2） 胶体的电气绝缘性能等级要符合要求。 （3）灌胶导热系数对驱动电源散热影响情况，由于电源的壳体结构已经确定，因此驱动电 源的散热主要通过胶体传导，将热量传导到壳体，而后通过对流散热。表 1 是导热系数不 同的胶体的电源器件和壳体温度情况（输入电压~ 100 V,输出 48 V/3 A,环境温度 25 ℃） . 表 1 不同导热系数的胶体对温度的影响 通过比较可知良好的 导热系数可以降低电子器 件的温升，进而能够提高器 件使用寿命，增加 LED 驱 动电源的可靠性。 （ 4） 选用具有较高阻燃性能的灌胶，如果 LED 灯电源在使用时发生火灾，将会造 成生命和财产安全问题。 （ 5） 胶体的固化收缩率对电源器件会产生很大影响，固化收缩率过大的胶将导致元 器件连接应力的过大，导致器件变形甚至损坏。因此要选用收缩率较小的胶体，通常选用固 化收缩率小于 0. 1%的胶体。 2 驱动电源电路设计 目前 LED 驱动电源存在驱动能力较低，保护功能较少，输出电压电流不稳定，可靠性 差等问题，很难达到要求，根据设计经验提出了驱动电源硬件电路的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，本设计能够 很好地提高 LED 驱动电源的可靠性。 2. 1 总体电路设计 LED 驱动电源的总体设计如图 1 所示。图 1 中主电路中 U 为 220 V 交流输入电压； RC,CC 和 DC构成 RCD 电路； T 为变压器； S 为开关管； D 为整流二极管； C为整 流电容； RC为采样电阻，具体电路如图 1 所示。 电路在设计时考虑到电路的可靠性，输入端应具有隔离电路，以保护电网和用电设备的 安全。输入端设计 了输入保护电路，用来保护 LED 驱动电源在电网侧产生脉动瞬态干扰 下能够正常工作，并有效抑制共模和差模干扰。为了提高电路的功率因数，电路中采用了有 源功率因数校正电路。为了实现恒流 输出，采用电流反馈控制，RC 采样电阻感应输出电 流大小，与参考点电压进行比较，输出信号通过光电耦合电路输入到控制器，产生 PWM 控 制信号，控制变压器的工作方式，已达到变压器恒流输出。 图 1 LED 驱动电源总体设计电路 2. 2 部分电路设计 （ 1） 输入 保护电路设计 LED 大功 率灯驱动电源一 般用在室外，用 电环境相对比较 恶劣，且外界的 各种干扰容易使 电源出现问题。同时，LED 灯驱动电源的故障，也容易对电网的安全造成隐患。因此，有 必要在输入端设计保护电路，用来保护用电设备和电网的安全。 电路中有负温度系数热敏电阻，用来启动过电流保护。通过保险丝进行过电流保护。利 用压敏电阻来抑制瞬变传导产生的干扰，吸收输入端的浪涌和脉冲干扰。电路中设有共模与 差模干扰抑制电路，用来减小 LED 驱动电源对其他用电设备的干扰，同时可以抑制外界用 电设备对驱动电源的干扰。 （ 2） 功率因数校正电路 将交流 220 V 市电经整流后供给负载使用，最常用的整流方式是由 4 个二极管组成的 整流桥将 交流电变换为直流电，但是这种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 存在着一个无法避免的缺点： 由二极管和电 容组成的非线性电路会产生大量的电流谐波和无功功率，造成电网的污染。这种谐波污染不 仅会使电网电压发生畸变，而且还会造成用电设备的故障和 损坏。另外，用电设备的功率 因数越高，则有功功率所占的比重越大，设备就越节能。 为了提高功率因数，需要做两个方面的工作： 一方面减小输入电流和输入电压之间的 相位差φ，努力使两者同相位； 另一方面，需要减小输入电流的谐波含量，采取一定的方 法使输入电流的波形接近正弦波。 基于上述要求，可以采用安森美公司生产的 MC33260 芯片作为有源功率因数控制芯 片，此芯片只需要使用最少的外部元件便可以实现控制要求，可以极大地减小电感和功率开 关的尺寸，降低系统的成本且功能还能达到要求。电路如图 2 所示。 图 2 功率因数 校正电路 （3） RCD 缓冲电路设计 为了防止开 关管被峰值电压 击穿，通常可以 采用的方法有如下两种： 一是减小漏感，二是通过设计 RCD 缓冲电路吸收很高的电压尖 峰能量。虽然在变压器的加工过程中将线圈缠紧并紧密地包围住气隙，然后将线圈外围包上 铜箔可以有效地减小漏感； 但变压器漏感无法完全消失，因此需要设计 RCD 电路对电压 峰值进行吸收，电路如图 3 所示。 图 3 RCD 缓冲电路 （4） 变换电路设计 LED 路灯驱动电源所需的输出功率较大，需要较高的转换效率，且需要较好的调节性 和较小的纹波，由于考虑到需要将 LED 照明装置与电网隔离，以提高安全性，所以采用单 端反激式 DC-DC 变换器， 这种隔离式的 DC-DC 变换电路的变压器不仅具有隔离和变压 的作用，还具有电感的特性，可以起到储存能量的作用，且变换器工作于连续工作模式。这 种变换器特别适用于功率为 100 W ~ 200 W 之间的电源，且输出电压较高，输出电流较小 的场合。这种工作模式虽然会使变压器副边的二极管损耗较大，但可以减小变压器的铁芯损 耗。变压器副边产生的串扰 可以采用串联饱和电感的方式来进行抑制。 （5） PWM 控制电路设计 DC-DC 变换器的 PWM 控制原 理有两种： 电压控制型和电流控制 型。考虑到稳定性问题，我们采用电 流 控 制 型 PWM 控 制 器 ， 即 NCP1230 模块（ 图 4） .它是一种 峰值电流控制模式的 PWM 控制器，具有向前极供电的功能，在空载时关闭 PFC 电路，能 够提高电源的效率。这款芯片还具有周期跳频，内部斜坡电压补偿，软启动等一系列功能。 图 4 NCP1230 模块 PWM 控制电路 2. 3 电路的 EMC防护 LED 灯的驱动电源受安装环境条件的影响，很容易受到电磁干扰，特别是雷击干扰。 为此，驱动电源在设计阶段就要考虑这个问题，并且要达到一定的标准。例如，防雷 要求 要达到 D 级，线线之间电压承受± 6 kV,线地之间± 6 kV,在产品试验过程中，直流输出范围 应与正常服务条件一致： DC 输出电压的波动应在 ± 10%以内； 在试验过程 中或试验结束后，驱动电 源运行时不应有报警、错 误报警等等。 3 小结 随着大功率白光 LED 的发展，成本也会降低，其驱动电源的设计也将随之得到发展， 大功率 LED 应用在照明领域中，将很快成为现实。以上提出的影响电源可靠性的几个关键 方法，来源于我们日常实践研究，经过一系列验证试验，各项性能符合要求。 LED驱动电源可靠性设计研究