LED驅動(dòng)電源介紹

LED驅動(dòng)電源是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動(dòng)LED發(fā)光的電源轉換器，通常情況下：LED驅動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。而LED驅動(dòng)電源的輸出則大多數為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。

LED驅動(dòng)電源選擇和設計時(shí)應注意問(wèn)題

1．高可靠性 特別像LED路燈的驅動(dòng)電源，裝在高空，有防水鋁殼驅動(dòng)電源，質(zhì)量好的話(huà)不容易壞，減少維修次數。

2．高效率 LED是節能產(chǎn)品，驅動(dòng)電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內的結構，尤為重要。因為L(cháng)ED的發(fā)光效率隨著(zhù)LED溫度的升高而下降，所以L(fǎng)ED的散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。

3．高功率因數 功率因數是電網(wǎng)對負載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒(méi)有強制性指標。雖然功率不大的單個(gè)用電器功率因素低一點(diǎn)對電網(wǎng)的影響不大，但晚上大家點(diǎn)燈，同類(lèi)負載太集中，會(huì )對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅動(dòng)電源，據說(shuō)不久的將來(lái)，也許會(huì )對功率因數方面有一定的指標要求。

4．驅動(dòng)方式 通行的有兩種：其一是一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源，每個(gè)恒流源單獨給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會(huì )略高一點(diǎn)。另一種是直接恒流供電，LED串聯(lián)或并聯(lián)運行。它的優(yōu)點(diǎn)是成本低一點(diǎn)，但靈活性差，還要解決某個(gè)LED故障，會(huì )影響其他LED運行的問(wèn)題。這兩種形式，在一段時(shí)間內并存。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會(huì )較好。也許是以后的主流方向。

5．浪涌保護 LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶(hù)外，如LED路燈。由于電網(wǎng)負載的啟甩和雷擊的感應，從電網(wǎng)系統會(huì )侵入各種浪涌，有些浪涌會(huì )導致LED的損壞。因此LED驅動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞的能力。

6．保護功能 電源除了常規的保護功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋，防止LED溫度過(guò)高。

7．防護方面 燈具外安裝型，電源結構要防水、防潮，外殼要耐曬。

8．驅動(dòng)電源的壽命要與LED的壽命相適配。

9．要符合安規和電磁兼容的要求。

隨著(zhù)LED的應用日益廣泛，LED驅動(dòng)電源的性能將越來(lái)越適合LED的要求。

LED驅動(dòng)電源的分類(lèi)

按驅動(dòng)方式

（1）恒流式

a、恒流驅動(dòng)電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著(zhù)負載阻值的大小不同在一定范圍內變化，負載阻值小，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高；

b、恒流電路不怕負載短路，但嚴禁負載完全開(kāi)路。

c、恒流驅動(dòng)電路驅動(dòng)LED是較為理想的，但相對而言?xún)r(jià)格較高。

d、應注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數量；

（2）穩壓式

a、當穩壓電路中的各項參數確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著(zhù)負載的增減而變化；

b、穩壓電路不怕負載開(kāi)路，但嚴禁負載完全短路。

c、以穩壓驅動(dòng)電路驅動(dòng)LED，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均；

d、亮度會(huì )受整流而來(lái)的電壓變化影響。

（3）脈沖驅動(dòng)

許多LED應用都需要具備調光功能,比如LED背光或建筑照明調光。通過(guò)調整LED的亮度和對比度可以實(shí)現調光功能。簡(jiǎn)單地降低器件的電流也許能夠對LED發(fā)光進(jìn)行調整,但是讓LED在低于額定電流的情況下工作會(huì )造成許多不良后果,比如色差問(wèn)題。取代簡(jiǎn)單電流調整的方法是在LED驅動(dòng)器中集成脈寬調制(PWM)控制器。PWM的信號并不直接用于控制LED,而是控制一個(gè)開(kāi)關(guān),例如一個(gè)MOSFET,以向LED提供所需的電流。PWM控制器通常在一個(gè)固定頻率上工作并且對脈寬進(jìn)行調整,以匹配所需的占空比。當前大多數LED芯片都使用PWM來(lái)控制LED發(fā)光,為了確保人們不會(huì )感到明顯的閃爍,PWM脈沖的頻率必須大于100HZ。PWM控制的主要優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)PWM的調光電流更加精確,最大程度地降低LED發(fā)光時(shí)的色差。

（4）交流驅動(dòng)

交流驅動(dòng)器根據不同的應用也可分為降壓型、升壓型、變換器3種類(lèi)型。交流驅動(dòng)器和直流驅動(dòng)器的區別除了需要對輸入的交流屯進(jìn)行整流濾波之外,從安全角度考慮還存在-個(gè)隔離和不隔離的問(wèn)題。

交流輸入驅動(dòng)器主要用于改型燈:對十PAR(Parabolic Aluminum Reflector,碗碟狀反射,是專(zhuān)業(yè)舞臺上的一種常見(jiàn)燈具)燈、標準燈泡等而言,它們在100V、120V或230V的交流輸入下運行;而對于MR16燈而言,則需要在12V的交流輸入下工作。由于存在某些復雜的問(wèn)題,如標準三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)或前沿后沿調光器的調光能力問(wèn)題,以及與電子變壓器(從交流線(xiàn)電壓生成MR16燈工作時(shí)的12V交流電)的兼容性問(wèn)題(即無(wú)閃爍操作),因此,與直流輸入驅動(dòng)器相比,交流輸入驅動(dòng)器所涉及的領(lǐng)域更為復雜。 

交流供電(市電驅動(dòng))應用于LED驅動(dòng),一般要經(jīng)過(guò)降壓、整流、濾波、穩壓(或穩流)等環(huán)節,使交流電源轉換為直流電源,然后通過(guò)適合的驅動(dòng)電路為L(cháng)ED提供合適的工作電流,還要有高的轉換效率、較小的體積和較低的成本,同時(shí)解決安全隔離問(wèn)題?？紤]到對電網(wǎng)的影響,還要解決好電磁干擾和功率因數問(wèn)題。對于中小功率的LED,其最佳電路結構是隔離式單端反激變換電路;對于大功率的應用,應該使用橋式變換電路。 

按電路結構

（1）電阻、電容降壓方式：通過(guò)電容降壓，在閃動(dòng)使用時(shí)，由于充放電的作用，通過(guò)LED的瞬間電流極大，容易損壞芯片。易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，電源效率低、可靠性低。

（2）電阻降壓方式：通過(guò)電阻降壓，受電網(wǎng)電壓變化的干擾較大，不容易做成穩壓電源，降壓電阻要消耗很大部分的能量，所以這種供電方式電源效率很低，而且系統的可靠也較低。

（3）常規變壓器降壓方式：電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%～60%，所以一般很少用，可靠性不高。

（4）電子變壓器降壓方式：電源效率較低，電壓范圍也不寬，一般180～240V，波紋干擾大。

（5）RCC降壓方式開(kāi)關(guān)電源：穩壓范圍比較寬、電源效率比較高，一般可以做到70%～80%，應用也較廣。由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續，開(kāi)關(guān)頻率不容易控制，負載電壓波紋系數也比較大，異常負載適應性差。

（6）PWM控制方式開(kāi)關(guān)電源：主要由四部分組成，輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩壓控制部分、開(kāi)關(guān)能量轉換部分。PWM開(kāi)關(guān)穩壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內部參數及外接負載變化的情況下，控制電路通過(guò)被控制信號與基準信號的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調節主電路開(kāi)關(guān)器件導通的脈沖寬度，使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流穩定（即相應穩壓電源或恒流電源）。電源效率極高，一般可以做到80%～90%，輸出電壓、電流穩定。一般這種電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。

電源安裝位置分類(lèi)

驅動(dòng)電源按安裝位置可分為外置電源和內置電源。

（1）外置電源

顧名思義，外置電源就是把電源安裝在外面的。一般電壓比較高，對人有安全危險的，就需要外置電源。與內置電源的區別就是電源加了一個(gè)外殼，常見(jiàn)的有路燈。

（2）內置電源

就是把電源安裝在燈具內，一般都是電壓比較低，12v到24v，對人沒(méi)什么安全隱患。這個(gè)常見(jiàn)的有球泡燈。

注意事項

根據電網(wǎng)的用電的特點(diǎn)，led特性的要求以及相關(guān)LED產(chǎn)品，在選擇LED驅動(dòng)電源時(shí)要考慮到以下幾點(diǎn)：

總體原則

a、根據LED電流和電壓特點(diǎn)，比較理想的是使用恒流驅動(dòng)。它能避免LED正向電壓的改變而引起電流變動(dòng)，同時(shí)恒定的電流使LED的亮度穩定。

b、另外，LED光通量與溫度成反比，所以使用中應盡量減少電源發(fā)熱和設計良好的散熱系統。從而降低LED工作的環(huán)境溫度。

c、為了保證LED產(chǎn)品的整體壽命，必須將LED的結溫控制在一定的范圍內，也就是要控制好LED產(chǎn)品的工作環(huán)境溫度。

1、高可靠性

LED產(chǎn)品主要是有LED芯片和電源，散熱外殼，控制電路等組成。其中LED電源的好壞直接影響了產(chǎn)品的好壞。特別是LED路燈產(chǎn)品，由于裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。

2、高效率

LED是節能產(chǎn)品，驅動(dòng)電源也要符合節能的要求。特別是電源安裝在燈具內的結構，尤為重要。因為L(cháng)ED的發(fā)光效率隨著(zhù)LED溫度的升高而下降。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。

3、恒流驅動(dòng)方式

為了配合LED的伏安特性，所以L(fǎng)ED電源必須使用恒流驅動(dòng)的方式。

4、浪涌保護

LED抗沖擊能力比較差，所以要加強這方面的保護。特別是一些裝在戶(hù)外的產(chǎn)品，電網(wǎng)負載的啟停和雷擊都會(huì )對電源有沖擊。因此LED驅動(dòng)電源的輸入端要有抑制浪涌的保護電路，避免開(kāi)關(guān)瞬間損壞LED。

5、溫度保護功能

電源除了常規的保護功能外，最好在恒流輸出中增加LED芯片溫度負反饋，防止LED芯片PN結溫度過(guò)高。

6、LED電源壽命

要提高LED驅動(dòng)電源壽命，就需要從多方面來(lái)改善：使用較高壽命的電容，提高電源效率，做好電源的散熱功能，優(yōu)化燈具的散熱設計。LED電源屬于開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量與可靠性取決于其電路設計，生產(chǎn)工藝，及器件的質(zhì)量。電解電容是大功率開(kāi)關(guān)電源中必不可少的組成部分。 而開(kāi)關(guān)電源的正常工作壽命要取決于電源所使用的電解電容的壽命，電解電容的壽命又取決于電容本身的壽命及工作溫度，電解電容在不同的溫度下其工作壽命差異很大。

7、工作環(huán)境

由于各個(gè)地方環(huán)境的不同，要著(zhù)重考慮LED燈具工作場(chǎng)所的環(huán)境，如：溫度、濕度、安裝位置等。

考慮到電源的工作方式，如果不加軟啟動(dòng)電路，通電瞬間，輸出會(huì )有一個(gè)電壓尖峰。為更好的保護LED，所以需要加軟啟動(dòng)電路。這一點(diǎn)正是驅動(dòng)電源穩定性的一個(gè)關(guān)鍵因素

LED驅動(dòng)電源失效分析

相對LED驅動(dòng)電源光源來(lái)說(shuō)，LED驅動(dòng)電源的結構更復雜，需要權衡的地方會(huì )更多，使得LED驅動(dòng)電源往往比LED光源先失效。據統計，整燈失效中超過(guò)80%的原因是電源出現了故障。導致LED驅動(dòng)電源失效的原因很多，可歸納為以下幾大類(lèi)。

1、電子元器件老化

包括電阻、電容、二極管、三極管、LED、連接器、IC等器件開(kāi)路、短路、燒毀、漏電、功能失效、電參數不合格、非穩定失效等各種失效問(wèn)題。

2、PCB質(zhì)量問(wèn)題

包括PCB、PCBA潤濕不良、爆板、分層、CAF、開(kāi)路、短路等等各種失效問(wèn)題。

3、LED電源散熱不良

驅動(dòng)電路由電子元件組成，少數元件對溫度非常敏感。如電解電容，通行的電解電容壽命估算公式為“溫度每降低10度，壽命增加一倍”，散熱不良很可能導致其壽命大大縮短，提前失效，致使LED電壓出現故障，燈具失效。尤其是對于內置式電源（放在整燈內的電源），發(fā)熱量大的電源會(huì )增加整燈的導熱、散熱壓力，LED的溫度將升高，其光效和壽命將大大降低。所以在設計LED電源時(shí)，就應該重視其自身的散熱問(wèn)題。因此在開(kāi)始設計燈具初期進(jìn)行評估，電源的設計同步進(jìn)行，就能解決以上問(wèn)題。在設計中要綜合考慮LED的散熱和電源的散熱，整體控制燈具的升溫，這樣才能設計出較好的燈具。

4、電源設計中的問(wèn)題

（1）功率設計。雖然LED光效高，但是還有80%～85%的熱能損耗，致使燈具內部有20～30K的溫升，如果室溫在25℃，燈具內部則有45～55℃，電源長(cháng)時(shí)間在高溫環(huán)境下工作，要保證壽命就必須加大功率裕量，一般留存1.5～2倍的裕量。

（2）元件選型。燈具內部溫度在45～55℃時(shí)，電源內部溫升還有20℃左右，則元件附件的溫度要達到65～75℃。有些元件在高溫時(shí)參數會(huì )漂移，甚至壽命會(huì )縮短，所以器件要選擇能在較高溫度下長(cháng)時(shí)間使用的，還要特別注意電解電容和導線(xiàn)。

（3）電性能設計。開(kāi)關(guān)電源針對LED的參數設計，主要是恒流參數，電流的大小決定LED的亮度，如果批量電流誤差較大，則整批燈的亮度不均勻。而且溫度的變化也能致使電源輸出電流偏移。一般批量誤差控制在±5%以?xún)?，才能保證燈的亮度一致，LED的正向壓降有偏差，電源設計的恒流電壓范圍要包含LED的電壓范圍。多個(gè)LED串聯(lián)使用時(shí)，最小壓降乘以串聯(lián)數量為下限電壓，最大壓降乘以串聯(lián)數量為上限電壓，電源的恒流電壓范圍要比這個(gè)范圍稍寬些，一般上下限各留1～2V裕量。

（4）PCB布板設計。LED燈具留給電源的尺寸較小(除非電源是外置的)，所以在PCB設計上要求較高，要考慮的因素也較多。安全距離要留夠，要求輸入和輸出隔離的電源，一次側電路和二次側電路要求耐壓1500～2500VAC，在PCB上至少要留夠3mm的距離。如果是金屬外殼的燈具，則整個(gè)電源的布板還要考慮高壓部分和外殼的安全距離。如果沒(méi)有空間保證安全距離就要利用其他措施保證絕緣，比如在PCB上打孔、加絕緣紙、灌封絕緣膠等。另外布板還要考慮熱量均衡，發(fā)熱元件要均勻分布，不能集中放置，避免局部溫度升高。電解電容遠離熱源，減緩老化，延長(cháng)使用壽命。

5、雷擊損壞

雷擊是一種常見(jiàn)的自然現象，特別是在雨季尤為常見(jiàn)。其所帶來(lái)的危害和損失全球每年以千億美元來(lái)計。雷擊分為直接雷擊和間接雷擊，間接雷主要包括傳導雷和感應雷。由于直接雷所帶來(lái)的能量沖擊非常大，破壞力極強，一般電源是無(wú)法承受的，故這里主要討論的是間接雷型。

雷擊所形成的浪涌沖擊是一種瞬態(tài)波，屬于瞬變干擾，可以是浪涌電壓，也可以是浪涌電流。沿著(zhù)電源線(xiàn)或其他路徑（傳導雷）或通過(guò)電磁場(chǎng)（感應雷）而傳送至電源線(xiàn)路。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。這種現象會(huì )對電源產(chǎn)生致命的影響，其產(chǎn)生的瞬間的浪涌沖擊遠遠超出一般電子器件的電性應力，導致的直接結果是電子元件損壞。

6、電網(wǎng)電壓超出電源負荷

當同一個(gè)變壓器電網(wǎng)支路配線(xiàn)太長(cháng)，支路中有大型動(dòng)力設備時(shí)，在大型設備啟停時(shí)，電網(wǎng)電壓會(huì )劇烈波動(dòng)，甚至導致電網(wǎng)不穩。當電網(wǎng)瞬時(shí)電壓超過(guò)310 VAC時(shí)有可能損壞驅動(dòng)器（即使有防雷裝置也無(wú)效，因為防雷裝置是應對幾十微秒級別的脈沖尖峰，而電網(wǎng)波動(dòng)可能達到幾十毫秒，甚至幾百毫秒）。因此，路燈照明支路電網(wǎng)上有大型電力機械時(shí)要特別注意，最好監測下電網(wǎng)波動(dòng)幅度，或者由單獨電網(wǎng)變壓器供電。

7、焊點(diǎn)失效

電源封裝主要涉及PCB板與元器件之間的連接工序，其中焊點(diǎn)扮演者重要的角色。焊點(diǎn)的主要作用是實(shí)現電子元器件與基板（LED電源中針對的是PCB板）的機械連接和電氣連接，焊點(diǎn)質(zhì)量嚴重影響著(zhù)器件的可靠性。焊點(diǎn)失效一方面來(lái)自于生產(chǎn)裝配中的焊接故障，如焊料橋連、虛焊、空洞、曼哈頓現象。另一方面是在服役過(guò)程中，當環(huán)境溫度變化時(shí)，由于元器件與PCB板存在熱膨脹系數差，在焊點(diǎn)內產(chǎn)生熱應力，應力的周期性變化會(huì )造成焊點(diǎn)的疲勞損傷，最終導致疲勞失效。

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