2024-01-31
如何正确选择LED驱动电源
如何正确选择LED驱动电源
1、驱动电路直接影响LED寿命
我们所说的LED驱动器包括数字驱动器和模拟驱动器两大类，数字驱动器指数电路驱动器包括数字调光控制、RGB全彩变化。模拟驱动器是指模拟电路驱动器，包括交流恒流开关电源、直流恒流控制电路。驱动电路是由电子元件组成的，包括半导体元件、电阻、电容、电感等，这些元件都有使用寿命，任何一个器件的故障都会导致整个电路或部分功能的失效。 LED的使用寿命为5-1万小时，按5万小时连续照明，寿命接近6年。开关电源的寿命很难达到6年，市场上销售的开关电源的质保期一般为2-3年，质保6年的电源都是军工级的，而价格是普通电源的4-6倍，一般照明厂难以接受。因此，LED灯具的故障大多是驱动电路故障。
2、散热问题
LED是冷光源，工作结温不能超过极限值，设计时应留有一定的余量。整灯的设计要考虑美观、安装方便、配光、散热等诸多方面的问题，在诸多因素中寻求平衡，使整体灯达到最佳状态。 LED灯具的发展时间不长，没有太多经验可以借鉴，很多设计都是在不断改进。有些LED照明厂家采用电源为外购或外购，照明设计师对电源了解不多，给LED散热空间大，给电源散热空间小。一般都是在灯具设计好之后才找到合适的电源来匹配，这给电源的匹配带来了一定的困难。经常遇到因为灯具内部空间小或者内部温度高，而成本控制低，无法匹配到合适的电源。有些LED照明工厂具备电源研发能力，在灯具设计之初就进行初步评估，电源设计同步，就可以解决以上问题。设计时应综合考虑LED的散热和电源的散热，整体控制灯具的温升，这样才能设计出更好的灯具。
3、电源设计的问题
A、电源设计。 LED光效虽然高，但有80-85%的热能损失，导致灯内部温升20-30度，如果室温25度，灯内部就有45-55度，电源长时间处于高温环境下，为保证寿命必须加大功率余量，一般留至1.5-2倍的余量。
B、元件选择。当灯具内部温度为45-55度时，电源内部温升约为20度，元件附近的温度应达到65-75度。有些元件在高温下会漂移，有些会缩短寿命，因此应选择长期在较高温度下使用的器件，特别注意电解电容和电线。
C、电气性能设计。开关电源是针对LED的参数而设计的，主要是恒流参数，电流的大小决定了LED的亮度，如果批次电流误差大，则整批灯的亮度不均匀。并且温度的变化也会导致电源的输出电流发生变化。一般批量误差控制在+/-5%以内，以保证灯的亮度一致。 LED的正向压降是有偏置的，电源设计的恒流电压范围应包含LED的电压范围。当使用多个LED串联时，最小压降乘以串联数量为下限电压，最大压降乘以串联数量为上限电压，电源的恒流电压范围略有不同比这个范围宽，一般上下限留有1-2V的余量。
D、PCB布局设计。 LED灯留给电源的尺寸较小（除非是外接电源），因此PCB设计要求较高，需要考虑的因素较多。应留有足够的安全距离，要求电源的输入输出隔离，原边电路和副边电路要求能承受1500-2000VAC，且PCB上距离至少3MM。如果是金属外壳灯，整个电源板还要考虑高压部分与外壳的安全距离。如果没有空间保证安全距离，则应采用其他措施保证绝缘，如在PCB上打孔、加绝缘纸、灌封绝缘胶等。此外，布板还应考虑平衡发热时，发热元件应均匀分布，不能集中放置，以免局部温升。电解电容远离热源，减缓老化，延长使用寿命。
E. 身份验证问题。目前国内还没有LED灯具的标准，国家相关部门正在研究制定，内销灯具认证是参考照明灯具的标准，出口是做CE或UL认证，有的参考国外LED灯具标准要做。因此，针对这种情况，设计开关电源同时满足上述标准是比较困难的，我们只能满足不同认证的不同要求。
B、元件选择。当灯具内部温度为45-55度时，电源内部温升约为20度，元件附近的温度应达到65-75度。有些元件在高温下会漂移，有些会缩短寿命，因此应选择长期在较高温度下使用的器件，特别注意电解电容和电线。
C、电气性能设计。开关电源是针对LED的参数而设计的，主要是恒流参数，电流的大小决定了LED的亮度，如果批次电流误差大，则整批灯的亮度不均匀。并且温度的变化也会导致电源的输出电流发生变化。一般批量误差控制在+/-5%以内，以保证灯的亮度一致。 LED的正向压降是有偏置的，电源设计的恒流电压范围应包含LED的电压范围。当使用多个LED串联时，最小压降乘以串联数量为下限电压，最大压降乘以串联数量为上限电压，电源的恒流电压范围略有不同比这个范围宽，一般上下限留有1-2V的余量。
D、PCB布局设计。 LED灯留给电源的尺寸较小（除非是外接电源），因此PCB设计要求较高，需要考虑的因素较多。应留有足够的安全距离，要求电源的输入输出隔离，原边电路和副边电路要求能承受1500-2000VAC，且PCB上距离至少3MM。如果是金属外壳灯，整个电源板还要考虑高压部分与外壳的安全距离。如果没有空间保证安全距离，则应采用其他措施保证绝缘，如在PCB上打孔、加绝缘纸、灌封绝缘胶等。此外，布板还应考虑平衡发热时，发热元件应均匀分布，不能集中放置，以免局部温升。电解电容远离热源，减缓老化，延长使用寿命。
E. 身份验证问题。目前国内还没有LED灯具的标准，国家相关部门正在研究制定，内销灯具认证是参考照明灯具的标准，出口是做CE或UL认证，有的参考国外LED灯具标准要做。因此，针对这种情况，设计开关电源同时满足上述标准是比较困难的，我们只能满足不同认证的不同要求。
4. 使用参数
所购电源的选择主要取决于恒流和恒流的电压范围。恒流值选择为LED的标准电流下限。电压范围的选择要适中，尽量不要选择大范围，避免浪费电能。
具体选项推荐：
在LED照明设计中，一般有两种驱动方案：线性驱动和开关式驱动。
在LED照明设计中，一般有两种驱动方案：线性驱动和开关式驱动。
线性驱动应用是最简单、最直接的驱动应用之一。在照明级白光LED的应用中，虽然存在效率低、可调性差等问题，但由于其电路简单、尺寸小，可以满足一些特定的应用。
开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的整体效率，应用方式主要分为降压型和升压型两大类。降压开关驱动器适用于电源电压高于LED端电压或并联驱动多个LED的应用。升压开关驱动器适用于电源电压低于LED端电压或串联驱动多个LED的应用。
一般认为隔离驱动安全但效率较低，非隔离驱动效率较高，应根据实际使用要求进行选择。
目前一般基本LED驱动照明应用的设计相对简单，但如果还需要相位控制调光和功率因数校正（PFC）等其他功能，设计就会变得复杂。不带功率因数校正的非调光 LED 驱动器通常包括一个离线开关电源，用于以恒定电流调节输出。
LED驱动器的后端架构包含具有短路保护功能的电流调节电路。这可以使用线性调节电路来实现，但这种方法本质上效率较低，因此适合低输出电流，并且通常不应用于多电平架构。另一种方法是使用带有电流反馈的简单降压调节器电路来限制输出电流超出所需的 LED 驱动电流。它可以抵消 LED 总正向电压随温度和器件容差的变化，并在发生短路或其他故障情况时限制电流，从而保护驱动器免受损坏。
