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LED吸頂燈電源詳解實例
文章來源: 更新時間:2013/10/20 11:58:00
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  • 導讀: LED必須采用恒流源來驅(qū)動,否則由于它的負溫度系數(shù),而會使電流急劇上升導致結(jié)溫升高,壽命縮短。恒流源分為線性和開關式兩種。線性恒流源的優(yōu)點是不會產(chǎn)生電磁干擾(EMI),簡單,成本低。它的缺點是效率比較低。
  •   普通吸頂燈通常采用電子鎮(zhèn)流器,或者稱為高頻變壓器。但是市面上的電子鎮(zhèn)流器的質(zhì)量都比較差。例如,作者就測試了一款普通吸頂燈安裝了飛利浦的32W環(huán)形燈管。實測的結(jié)果如下:Pin=16W,PF=0.62。所以它只用到環(huán)形燈管50%的功率,而且功率因數(shù)也很差。作者也測試了一個9W節(jié)能燈的參數(shù),測得Pin=8.4W,PF=0.563

  •   二者的功率因數(shù)都不能滿足>0.7的要求,但仍然在市面上大量流通。

      對于LED吸頂燈的電源可以分為非隔離式和隔離式兩大類:

      5.1 非隔離恒流源,由于LED吸頂燈不像球泡燈那樣容易被用戶用手觸摸到,而且由于不需要接觸式導熱,它的內(nèi)部結(jié)構很容易把鋁基板或印制板和金屬底板絕緣起來,所以采用非隔離電源是可以很容易通過CE、UL等安全認證。再加上它的安裝通常是由專業(yè)的電工來安裝,也減小了用戶觸電的危險。

      我們知道LED必須采用恒流源來驅(qū)動,否則由于它的負溫度系數(shù),而會使電流急劇上升導致結(jié)溫升高,壽命縮短。恒流源分為線性和開關式兩種。線性恒流源的優(yōu)點是不會產(chǎn)生電磁干擾(EMI),簡單,成本低。它的缺點是效率比較低。

      1. 采用恒流二極管的非隔離恒流源

      恒流二極管是一種線性恒流源,它的恒流作用可以用來驅(qū)動LED。最簡單的方法就是把恒流二極管直接和LED串聯(lián)。但是我們在用于LED驅(qū)動時必須注意選擇恰當?shù)碾娏骱湍蛪骸?/font>

      最低電壓

      由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進入恒流,所以太低的電源電壓是無法工作的。通常這個Vk大約在5-10V左右。

      最高電壓

      由于恒流二極管必須能吸收掉電源電壓的變化,對于同樣的百分比,220V就要比110V的變化范圍大一倍。例如對于+10%~-20%的變化范圍,對于220V就意味著22+44=66V的變化范圍,經(jīng)過橋式整流以后這個變化還會加大1.2倍,變成79.2V。而對于110V電源,同樣的變化范圍只相當于39.6V的變化范圍。電壓越低,就意味著功耗越小,效率越高。所以可以說恒流二極管更適用于110V市電的國家。

      最大電流

      由于恒流二極管的功耗受到限制,所以過大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA,恒流二極管就很難提供。即使能夠提供,它的功耗也過大而使整體效率大為降低。

      恒流二極管最適用的使用場合就是交流市電供電的LED燈具,采用很多小功率LED串聯(lián),也就是高壓小電流的情況是最為合適。

      下圖就是一種用于吸頂燈的恒流二極管驅(qū)動源。其負載是80顆3022串聯(lián),總功率為16W。所用的恒流二極管也是恒流在60mA。假如手頭的恒流二極管只有30mA的,就需要2串并聯(lián)。

      采用恒流二極管作為LED驅(qū)動電源

      采用恒流二極管作為LED驅(qū)動電源

      在這里,恒流二極管的作用就是要在輸入市電電壓變化時,保持輸出電流不變,當然也可以消除由于LED負溫度系數(shù)所引起的電流增大。但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制,所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來說,它的工作電壓范圍還要減去它的最小工作電壓10V,可用的電壓范圍也就只有90V。用在220V市電電源里, 如果市電變化+10%,~-20%,就相當于整流后為290~211V,電壓變化79V,在其耐壓范圍內(nèi)。假如所用的LED為80顆,如果正向電壓為3.3V,那么總電壓為264V,正好相當于220V經(jīng)過橋式整流以后的值。這時候恒流二極管上沒有壓降,但是這時候它是不能工作的而至少需要10V壓降,也就是要求整流后電壓為274V,市電電壓為228VAC。那時候恒流二極管壓降為最小,功耗也最小,只有0.03Ax10V=0.3W,整體效率為最高可達96%(當然還要考慮整流器的效率,實際上還會低一些)。如果市電增高至242VAC,那么恒流二極管電壓就增高為26.4V,其功耗也增加到0.79W,這時候效率就等于91%。

      如果市電電壓低于228V,是不是恒流二極管就不工作呢?并不是,但的確是不恒流了,這時候它和LED就會達到一個新的平衡點,那就是二者的電壓和等于市電電壓經(jīng)過整流后的電壓。因為LED伏安特性的非線性,所以很難用公式來表示?傊,當市電電壓降低時,LED中的電流就會隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會跟著變暗。但是這時候恒流二極管的壓降不大所以并不消耗很多功率。所以效率還是很高的。

      前面假定了LED的正向壓降為3.3V,實際上即使其額定為3.3V,在開機一段時間以后,由于結(jié)溫的升高,正向壓降就會降低至3.1V甚至3.0V。

      一個采用恒流二極管的8W電源的實測結(jié)果如下表所示:

      

      由表中可見,采用恒流二極管以后其最高效率的確可以做到非常高。是一種值得選用的電源。為了在220V得到最高的效率,看來應該串聯(lián)90個以上的LED。

      各種恒流二極管的參數(shù)如下表所示:

      

      2.采用高壓直接降壓的開關式恒流源

      由交流直接整流得到的電壓是264V,這時候可以采用直接降壓的高壓Buck電路來恒流。

      a)PAM99700

      

     采用美國PAM公司的PAM99700的高壓Buck的電路圖。

      這個電路的特點是效率高達90%,功率因數(shù)也大于0.9以上。外部電路也很簡單?梢则(qū)動多達40個1W的LED。一個采用PAM99700的LED吸頂燈照片如圖7所示。

      它是采用24串7并的3014型LED,總功率16.8W。右下角的藍色印制板是紅外遙控接收器。

      

      采用PAM99700作為恒流驅(qū)動源的LED吸頂燈

      它的實測結(jié)果如下:

      

      效率、功率因素和LED電流和輸入電壓的關系

      b)HV9861A

      Supertex公司高壓降壓芯片HV9861A采用了均值取樣從而提高了恒流精度至+/-3%。它的電路圖如圖所示。

      

       HV9861A直接降壓式電路圖

      這個電路可以驅(qū)動21個1W的LED。其主要指標如下:

      

      其輸出LED電流以及效率隨輸入電壓的變化如圖所示。

      輸出電流和效率隨輸入電壓變化

      輸出電流和效率隨輸入電壓的變化

      因為電路中沒有采用無源功率因數(shù)校正,所以功率因數(shù)比較低。這個電路也沒有采用為減小EMI所需的濾波器,如果加上這兩項以后都會降低其效率。

      所有這些非隔離式電源因為在LED負載上會觸摸到市電,所以有嚴格的安規(guī)檢驗,盡管采用良好的絕緣可以滿足安規(guī)的要求,但是歐盟IEC 61347-2-13 (5/2006)標準規(guī)定在LED負載端電壓不可超過25VAC或35VDC。所以采用非隔離電源是無法出口歐盟的。

      隔離式電源

      TI公司隔離式恒流源芯片TPS92070,它的電路圖如圖所示。

      TPS92070實際應用電路

      TPS92070實際應用電路圖

      輸入:90-264VAC

      輸出:25V,350mA

      效率:>85%

      1. 可調(diào)光隔離式恒流源

      iW3614

      其電路圖如圖所示。

      iW3614應用電路圖

      iW3614應用電路圖

     

      輸入:100-120VAC或220-240VAC

      輸出:25V,400mA

      效率:>82%

      PF:>0.9 非調(diào)光模式,調(diào)光模式時取決于可控硅。

      THD:滿足 IEC61000-3-2

      調(diào)光兼容RC、R、RL

      凌特公司LED恒流驅(qū)動ICLT3799,可以驅(qū)動4-100W的LED,而且本身帶PFC,外置功率MOSFET開關管,反激隔離式而不需要光耦合器,外置元件減到最少,而且還可以用于可控硅調(diào)光。

      可用于高功率LED 吸頂燈的反激式隔離型恒流電源

      可用于高功率LED 吸頂燈的反激式隔離型恒流電源

      這個電路圖是一個給24瓦吸頂燈用的演示板的電路圖。其主要技術指標如下:

       

      它的演示版的布置圖如圖所示。具體應用時當然也可以設計成圓形。

      

      LT3799的演示版

      這個市電恒流源因為功率大,而且可以適應4-100W的寬功率范圍(這是吸頂燈的功率范圍),所以一定是采用外置MOS開關管,而且也因為功率大,所以要求采用功率因數(shù)校正(PFC)。對于不同的功率,除了要選擇不同的MOS管外,還要求選擇不同大小的變壓器。變壓器加大了整個恒流源的體積和重量,降低了效率。但是這是為隔離市電所必需的。

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