照明驱动电源提高效率的技巧

1,主电流回路 PCB 尽量短。

LAYPCB 的经验,及布局,这个没什么,快速的方法就是多看大厂的作品。

2,优化变压器参数设计,减少振铃带来的涡流损耗。

这个比较难,先要把电磁基础知识掌握,设计合理的变压器,最要紧的是耐心,哪怕是想到能提高 0.5%的效率,也要去尝试。

3,合理选用开关器件。

这个就是成本和性能的平衡了,什么样的客户要求,用什么样的器件,但得合理。如果要效率,毫无疑问 COOL MOS ,低 VF 输出二极管

4,输入 EMI 部分优化设计

如果过安规,这部分考究得比较多,主要就是经验了。

5,选择高效率的拓补结构

这个是方案选型的开始,例如 PWM 和 QR PFM,当前提客户提出效率要求,就要评估选什么样的拓补

6,选择好的电解电容

很多人忽略了这个,电解的损耗很大,陈永真老师有个文章中就有详细的解说

7,启动部分功耗设计

有效率的前提下,就要考虑,目前很多芯片都有 HV 启动脚,启动电流也越做越低,这点就是要对新型器件多了解,当然了,还有外加电

路无损启动等,我认为不适合 LED 驱动。

8,芯片辅助供电优化

这点 ST 的 L6562D 应用文档中有指出,15V 为最佳,但 LED 一般又为宽电压输出,所以我的选择是加一级线性稳压,使芯片工作在 15V

来降低损耗。

 

欢迎朋友补充。

 

LED 热学指标

 

1、 热阻 Rth

热流通道上的温度差与通道上耗散功率之比;在 LED 点亮后达到热量传导稳态时,芯片表面每耗散 1W 的功率,芯片 pn 结点的温度与

连接的支架或铝基板的温度之间的温差就称为热阻 Rth,单位为C/W。数值越低,表示片中的热量传导到支架或铝基板上就越快。

2、 LED 的储存环境温度与工作温度

常规下,LED 的储存环境温度应在-40C~+100C。而在封装 LED 时,有时为了使封装胶或荧光粉快干,在温度 150C保存 1~2 小时,

这对 LED 是否有影响,有待考证。而 LED 的工作温度是-30C~+80C,但工作温度与热阻有关系。LED 在工作时,最好将它的 pn 结温度保 持在 100C以下。

3、防静电指标

做好的 LED 器件要注意防静电。无论是在运输状态,还是在装配过程中,都可能出现静电带来的损坏,要特别注意防静电。一般 LED

做好后,双极开路防静电指标应在 500V 之内。

4、失效率 λ

失效率 λ 是指一t LED 器件在点亮后多长时间、有多少个出现"死灯"现象。这是衡量这t LED 器件质量的关键指标。若工作 10

小时内无"死灯"现象出现,说明失效率较好,即失效率为 0。

5、寿命

LED 器件在正常工作条件下,半光衰时间越长,说明 LED 的寿命越长。按理论计算可达 10 万小时以上。但目前由于材料、制造技术 等方面原因,市场上的 LED 器件寿命只能达到 2~3 万小时。LED 器件的寿命与使用时系统的散热条件、出光效率有直接关系。

6、其他指标

LED 是靠环氧树脂等胶封装起来的。由于时间和化学作用,会使封装胶的透光性变差。有时会使胶体变黄变浊,影响透光;有的会使 胶玻化而破碎。这些都会使 LED 器件的性能发生变化,因此达不到原来的技术指标,从而影响其出光效率和使用寿命。

 

一、电源的安规,不管是隔离式或是非隔离式的电源,其 AC 输入部分,总是要包括 入防雷设计和电磁兼容.防雷方面,先了解雷击的相关知识. 电源,不管是在户外还是户内,都可能招致雷击,但户外的雷击破坏性更大.轻则导致路灯损坏, 重则引起火灾或人员伤亡,产生巨大的损失。同样的,如果在户内,电网如果没有处理好防雷, 雷击同样会给 LED 灯具产生破坏性影响,在此,就向大家介绍一下关于雷电对 LED 路灯/灯 具的影响以及防范措施。

雷击主要有以下四种类型:

1.直击雷

直击雷蕴含极大的能量,峰值电压可达 5000kv 的雷电流入地,具有极大的破坏力。会 造成以下三种影响:

a 巨大的富电流在数微秒时间内流下地,使地电位迅速抬高,造成反击事故,危害人身 和设备安全。

b 雷电流产生强大的电磁波,在电源线和信号线上感应极高的脉冲电压。

c 雷电流流经电气设备产生极高的热量,造成火灾或爆炸事故。

2.传导雷 远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压,由室外电源线路和通信线路传至建

筑物内室内的电气设备。

3.感应雷 云层之间频繁放电产生强大的电磁波导致共模和差模干扰,影响电气设备运行。

4.开关过电压

 

供电系统中的电感性和电容性负载开启或断开、地极短路、电源线路短路等,都能在电

源线路上产生高压脉冲,脉冲电压可达正常电压的 3 到 5 倍,可严重损坏设备。破坏效果与 雷击类似。

那么我们又将如何防范雷击事故的发生呢?经过中电华星电源研究实验室研究发现,以 下几种方式是防范路灯被雷电破坏最有效的办法:

4.1 外部防雷与内部防雷相结合

现在一般的 LED 路灯外部都是导体材料,本身就相当于一个避雷针,在设计上必须安 装引下线和地网,这些系统构成外部防雷系统。该系统可避免 LED 路灯因直击雷引起火灾 及人身安全事故。内部防雷系统是指路灯内部通过接地、设置电压保护等方式对设备进行保 护。该系统可防止感应雷和其他形式的过电压侵入,造成电源毁坏、这是外部防雷系统无法 保证的。这两者之间是相辅相成的,互为补充。内部防雷系统在很多器件上例如外壳、进出 保护区的电缆、金属管道等都要连接外部防雷系统或者设置过压保护器,并进行等电位连接。

4.2 防雷等电位连接 彻底消除雷电引起的毁坏性的电位差,电源线、信号线、金属管道等都要用过压保护器

进行等电位连接,各个内层保护区的界面处也要进行局部等电位连接,各个局部等电位连接 处要互相连接,最后与主等电位处相连。

4.3 设置雷电保护区

目前 LED 路灯除了电源设备外,还会设置一些通信设备用于控制路灯的开关及亮度, 这些设备及电源都需要安置在雷电保护区内,保护区域直接受外壳屏蔽。此处的电磁场要弱 得多。

4.4 高质量保护设备–防雷模块和过压保护模块 防雷器的作用是在最短时间(纳秒级)内将被保护系统连入等电位系统中,使设备各端口

等电位。同时将电路中因雷击而产生的巨大脉冲能量经短路线释放到大地,降低设备各接口 端的电位差,从而起到保护设备的作用。中电华星技术研发团队认为,LED 路灯电源模块 不仅要按照上述要求进行设计,而且必须经过严格的检验程序。

a 具有恒压 输出功能 或具有恒 流输出功 能或两 者功能兼 有的控制 装置,应 采用

GB19510.12/IEC61347-2-13 安全标准检验。

b 对仅 具有 控制 LED 亮 暗、 闪动 、颜色 等 逻辑变 化功 能的 控制 装置 ,应 采用

GB19510.12/IEC61347-2-11 安全标准检验。

c 如果一个控制装置兼有上述两者的功能的,应按照 GB19510.12/IEC61347-2-13 安全 标准检验。

实践证明,经过科学的设计及严格的检验,不仅能确保 LED 路灯系统不受到雷电的伤 害,而且杜绝了雷电对电源设备的共模和差模干扰

二、在设计电源的时候,防雷设计是个难点之一。 在生产电源过程中,电源在打高压测试的时候,同一块机板,打了几次高压后 就不能通过了,所以,在与客户判定时,千万要记住,别在一块机板上面翻番 打高压。

三、AC-DC 电源中,会有隔离与非隔离两种方式,两种在安规上都没有问题. 现在大功率产品的结构模式都是金属外壳和铝基电路板,外壳与电路板紧密连 接,电气隔离仅在铝基板上实现,这是非隔离 LED 电源在目前应用中要注意的要 点.一般的 LED 铝基板都能做到隔离电压为 4000V.

四、从 AC 220V 交流市电上取电的最简便方法是采用电容限流降压,但其缺点是LED 带电,不安全,且功率因数极低.最好的办法是采用开关电源变换器,做成隔离型的 恒流电源,其输出电流恒定且可调,设计时还要注意输入功率因数要高.后者 已经有很多成熟的电路,但设计者还要在开关电源技术上下点功夫才行.

五、除恒流驱动外,显示屏可以用脉冲驱动的方式,利用恒流源镜像电路+PWM 调制,理论上发光效率可以做到更高,但是实际上 ON-OFF 切换时的损耗和 OFF 时的漏电流考虑进去之后效率就不那么理想了,而且不适用于大功率 LED 驱动.

六、系统中有用于调光的 PWM 信号,频率为 90+/-10Hz,占空比为(1%-80%)+/-5%, 使用此信号调光时发现 LED 有闪动现象,是因为没有做到恒流,电流在不断的波 动,影响到亮度,感觉是在闪烁.将三极管上、下偏置和射级都加上合适的反馈电阻, 组成相对的恒流源即可.此外,有些恒流驱动 IC 可以 PWM 和模 电压调光, 如果用 PWM 方式有闪烁,可以把 PWM 信号积分以后,再用模 方式来调光

七、LED 灯工作正常与否、质量好坏,与灯体本身散热至关重要.现在市场上的大 功率 LED 灯散热都是采用自然散热,在设计匹配电源时,温度保护是必须的,这 是产品本身的需要,同时也是对客户的负责.那多少温度保护才合适呢?计算下吧: 最高环境温度,夏天为 40C、在夏天的日光 暴晒下为 50C,50C环境温度是实际 的,参�一般大功率 LED 规格书结温度在 120C是可以承受的,芯片到铝基板的热 阻,规格书一般推荐 10-15C, 那 LED 基板要保证在 120-15=105C.那么,保 温差 取 50–105C中间值 77.5C,一般电子元器件工作温度在 85C是可靠的,77C是符 合这个原则的.建议 77C开始启动保护,85C前大幅度的减低电流,90C彻底完成 产品温度保护功能.

八、造成 LED 损坏的原因主要有:

①供电电压突然升高、突波增多。

②线路中某个组件或印制线条或其他导线的短路而形成 LED 供电通路的局部短

路,使这个地方的电压增高:焊点虚焊或松动。

③某个 LED 因为自身的质量原因损坏因而形成短路,它原有的电压降就转嫁到

其他 LED 上:LED 内阻变化,LED 上所分电压不均。

④灯具内的温度过高,使 LED 的特性变坏:灯具内部局部温升过快:焊接或浸

锡时温度过高。

⑤灯具内部进了水,水是导电的:封闭灯具内热气流堆积形成水蒸汽或雾。

⑥在制程的时候没有做好防静电的工作,使 LED 的内部已经被静电所伤害。尽

管施加的是正常电压和电流值,也是极易造成 LED 的损坏。

⑦光源测试中快速开与关,及极间电荷放电(即关断时渐灭)。

③洗板时洗板水的冲蚀与超声的纳波。

⑨带电操作:所有治具、夹具做防静电工作:保持环境的温湿度

 

九、电解电容在驱动电源中或在可调光电源应用中,主要需要注意的还是容量、 耐压、频率和温度及电解电容的尺寸。不管是什么方案,在电路设计的时候, 不同的地方,均需要考虑此五点.这是主要的设计原则,把握了这些原则,设计 电路或 layout 的时候,就游刃有余了。

 

十、在照明应用中,如果输出功率要求高于 25W,LED 驱动器则面临着功率因数校正(PFC)的问题。例如,欧盟的国际电工委员会(IEC)针对照明(功率大于 25W)的要求中具有针对总谐波失真(THD)的规定。而在美国,能源部"能源之星” 项目固态照明标准中对 PFC 带有强制性要求(而无论是何种功率等级),即针对住宅应用部分要求功率因数高于 0.7,而针对商业应用部分要求功率因数高于0.9。这标准属于自愿遵守的标准,并非强制性要求,但有些应用可能需要良好的功率因数。例如,公营事业机构将推动 LED 的大规模应用,应用在公用设施级别的 LED 可望拥有较高功率因数:而且公营事业机构拥有或提供LED 街灯服务时,LED 是否具有较高功率因数(通常大于 0.95)取决于公营事业机构的意愿,如果他们愿意,则相应的 LED 驱动解决方案必须这方面的要求

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