LED驱动电源的选择和设计原则

LED驱动电源的选择和设计原则LED驱动电源的选择和设计原则对于LED灯具生产商来说， LED灯珠及灯组的选择本身就相当复口和微妙，但 LED驱动电源的选择却更加令人困惑，有些模糊不清的术语就连专家都莫衷一是。在选择 LED驱动电源方案供应商或供应商时，需要考察哪些方面，询问哪些问题呢？对于正在对照明行业进行革命性转变的 LED照明来说，变化速度可谓惊人不已，如何才能擦亮眼睛做出正确选择呢？问题1：恒压还是恒流？

LED灯组主要有两种类型：使用恒压电源(CV)驱动和使用恒流电源( CC)驱动。这两种不同种类的LEDLED灯组主要有两种类型：使用恒压电源(CV)驱动和使用恒流电源( CC)驱动。这两种不同种类的LED灯组内部结构有着本质区别。口压灯组内有限流器件，避免电流过高造成LED过热。这些器件可能是普通的电阻器，或者恒流电阻器(CCR),后者是一LED灯组则采用串联种新型半导体限流器件。甚至可能是某种类型的开关调节器，其LED灯组则采用串联LED连接，也可能将灯串口并联的结构。如果仍在选择 LED灯组的阶段，对于灯槽等使用因不能准确知道采用多少个LED灯串而无法确定吸收电流的准确值，因此恒压(CC)比较适用。如果 LED灯组是恒压变化，则对于固定的输出电压，就有一个固定的电流范围。确保驱动电源提供正确电压，允许的输出电流范围能够包含 LED负载的吸收电流。如果知道吸收电流的准确值，则最好要选择恒流型驱动电源，因为这通常是最高效的方案。如果 LED灯组需要恒定电流，那么就选用恒流LED驱动电源。这种驱动电源会有一定的驱动电压范围，即最低电压和最高电压。需要确保 LED灯组的电压要求位于这个允许范围之内。调光的重要性：视觉感知和能耗为了考察哪些功能最为重要，我们先讨论一下人体感知问题。人眼能够注意到的光变化量和已经看到的光量相关。 LED灯的光输出和流经LED的电流大概成正比关系。因此，调光至 50%几乎很难被人口觉察，调光至 10%只是调光器的几度而已。如果需要明显的视觉调光效果，则需要能够调光至 1%Q相比而言，电影院需要调光范围低至 0.1%）。这并不意味着高于 1%的调光没有作用，事实正好相反。如果 LED灯调光至 10%,就能节能 90%的能耗。这个节省量是相当显著的。因此，结论是任何程度的调光对于能耗都是值得的。相比而言，如果需要微光照明的房间或剧院，则驱动电源必须能够调光至1%以下，直至0.1%。频闪争论：太多是多少？人眼对闪烁的反应可以追溯到我们的穴居祖先。一佰万年前，如果我们的祖先从眼角处感受到捕食者的动静，他们就有机会逃走并生存下来来。我们都遗传了他们能够感测远处细微运动的特20Hz）范围内极小变化非20Hz）范围内极小变化非常敏感。相比而言，我们的祖先从经受过高频光线波动（高于120Hz），所以我们的眼睛对于此类波动的敏度程度相对较弱。事实上，大多数人根本感觉不到这种波动。在照明领域，频闪的定义是光（或者在照明领域，频闪的定义是光（或者LED电流口波动的百分比，为线路频率的两倍，表示为LED稳定光（或直流电流）的百分比。20年前，大多少商用和工业照明都采用磁性镇流器驱动的荧光灯管。这种光源在电源线电压周期峰值附近产生强闪光，所以整个光输出是由一系列闪光构成，其频率为电源线路频率的两倍。据发现，即使大多数人无法感测这种波动，部分人在这种光线下会出现头疼和其他紧张症状。为了消除磁性镇流器的频闪问题，开发出的电子镇流器能将频闪降低到 2%以下，从此不再出现这种口怨，因此 2%频闪很快成为优质照明质量的行业标准。

人们仍在争论的问题是这种频闪并非仅是频闪。现代的LED灯具如果存在频闪的话， 很可能是120HzLED灯具频率为线路频率的两倍。即使这种频闪接近 100%,所产生的频闪也比磁性镇流器低得多。为验证这种说法，过去在磁性镇流器上所做的大量频闪影响研究需要在 LED照明上重新进行。同时为了安全起见，建议在重要和办公室 LED照明中驱动电源的输出纹波应低于10%,对于LED装饰照明口筒灯、壁灯等）则可以接受高达 100%的频闪。 目前大多数路灯都是采用磁性高强度放电电120Hz源驱动，实质上存在 100%频闪，因此可以推论这种室外照明中可

120Hz以接受高达 100%的频闪。调光方式及产生的频闪LED驱动电源输出中的纹波百分比（两倍于线路频率）对应于光输出中的频闪。很多 LED驱动电源通过以很高的频率（通常为数百赫兹，有时为千赫兹量级）开关而产生调光。人口对于这种高口完全毫无觉察，只是感知到较少的光线。口叫做脉宽调制调光LED驱动电（PWM）LED驱动电源仅以两倍于线路频率对光线进行开关。在较低调光水平上，结果可能是类似于老式磁性镇流器的光输出效果，频闪可能很容易

被觉察。此外，如果使用可控硅（TRIAC）被觉察。此外，如果使用可控硅（TRIAC）调光器无法在正负半周期均匀调光，则可能向 PWM引入容易觉察的线路频率分量。有些LED驱动电源产生恒定的直流电平，将其向下调节从而产生调光效果。这种方法有时称为模拟调光。对于重要场合及办公室照明来说，这是最为省心的调光方法，但成本会高于数字调光。LED驱动电源响应时间检查大多数LED驱动电源的规格书都会掩盖响应时间问题。为了感受LED驱动电源的响应时间如何，最好要实测验证。需要查看的方面包括：A）驱动电源打开和关闭时无异常关闭时光线应直接减少至零，其他任何情况都会被一般人感测为频闪。光线不能在延迟一段时间后再恢复。驱动电源关闭后，不能保持微亮几秒钟甚至几分钟。再打开驱动电源时，光线应在一秒或更短时间内稳定，亮度变强方式应稳定。如果是调光驱动电源，打开时应为全调光而不能是其他调光水平，然后在降低至所需的调光水平。打开时不能有闪烁效果。B）响应时间：在产品设计过程中，在输出的频闪量和调光输出响应时间之间需要进行折衷。理想状态下，频闪不应被感知，而且在调光器接到命令后的输出应非常迅速，让人感觉到即可发生。一般来说，两秒钟延迟是更高质量光输出口低频闪）的一个不错折衷。LED驱动电源规格书中回避，C）LED驱动电源规格书中回避，应比较不同的调光器来选择不同结果。D）调光性能一致性：在评估调光驱动电源时，尝试从全亮快速调至全暗，然后在返回。然后再快速打开再关闭，观察是否有异常情况发生。LED驱动电源的寿命如果LED灯组的温度合适控制，则应该在 5万小时后仍能维持初始光输出的 70%以上。显然，希望 LED驱动电源能够达到同样的寿命。LED驱动电源的寿命由内部称为电解电容的器件所决定的。电解电容就像小电池，其内部的电解质会在器件的寿命期内逐渐蒸发。蒸发速度决定于驱动电源内部温度，因而和驱动电源容器的外部温度相关。TcLED驱动电源标签上会有一个名为“热区”的小圆圈，或者为Tc点。这个区域通常是容器上的最热点，用于决定容器温度。制造商会规定一个让产品 UL认证保持有效的最高温度。但是要明白，如果驱动电源接近这个极限温度，其工作寿命通常会比低温状态下短。驱动电源制造商会提供驱动电源寿命和热区温度之间的关系曲线，下图是典型 LED驱动电源的温度寿命曲线：LED驱动电源的温度寿命曲线驱动电源最长寿命（口口 （24小时工作）为确保电解电容的寿命在必需温度下超过 LED灯组的寿命，制造商必须采用长寿命的电解电容。电力线质量：了解 THD、PF和宽输入电压在LED驱动电源的规格书中会有一些术语，比如 THD、PF和宽口入电压。这些概念解释如下：总谐波失真(THD):理想的LED驱动电源从电力线上吸收电流，形状为完美正弦即为零 THD。然而， LED驱动电源内部的功率处理会造成功率吸收不均匀，在电力线的电流波形中产生扭曲和失真。真正关心 THD的机构只有电力公司和建筑物的物业公司。在失真线路电流波形的谐波频率方面，可以方便地分析电力线失真。例如，在美国三阶谐波对应 180Hz,这个谐波对于建筑的物业公司非常重要，因为电力公司通常通过四线向大楼供电，一根为中性线，其中承载的电流很小。但是，如果大楼吸收电流内的三阶谐波在中性线内累积，有大量照明电子设备的 THD指标很差，尤其是很高的三阶谐波，则中性线可能发生过口发热。历史上有很多著名案例，因大楼内的磁性镇流器产生过量三阶谐波造成中性线过热而导致大楼火灾。目前，THD低于 20%通常是可以接受的， 低于 10%的THD则为特优

性能。在个人家庭中 THD几乎没有什么作用，因为家庭中照明不可能成为功耗的主要部分，不像商业或工业建筑中那样照明会有LED驱动LED驱动功率因数(PF)：对于正弦电压和电流波形，其定义为电源所吸收的功率除以所施加电压和所吸收电流之口。对于失真电压和电流，一般定义为如果吸收电流和线路电压同相，则功率因数接近一致，随着吸收电流逐渐不再跟随电压波形而逐渐降低。传统的功率因数标准为 0.9及以上。低于此值都有产生问题的可能性。如果不提及功率因数，则默认值称为普通功率因数，这是功率因数低于0.9的委婉说法。在某些情况下，某些廉价的照明产品中有可能低至 0.4。对于消费者家庭来说，几只普通功率因数的灯泡可能无关紧要。但如果要在工业或商业大楼内安装大量普通功率因数的产品时，则要仔细思量了。不同种类的产品从电源线中吸收电流可能会和电源线路电压不同相。例如，空调风扇感应电动机的电流在主电压的每个半周期内的增加需要一段时间，因此当线路电压达到峰值时，电动机吸收的电流仍在上升，吸收电流可能比正弦波更优或更差，但在交流电力线周期的任何一点，电动机吸收的电流总比电力线电流滞后。这叫做滞后功率因数。90度，口即使线90度，口即使线(1.0)。如果耗用电流和电力线电压相位相差路电压为零时也有电流流动，电力公司需要更强的电缆来为这个客户提供服务。在商业和工业大楼内，这种服务很可能要额外收口。在另一个极端，很多 LED驱动电源内部都有电容器，其耗用电流和电力线电压的变压速率成正比。这就造成驱动电源吸收的电流超前于电力线电压，这就叫做超前功率因数。从电力公司的角度

来说，不希望有任何形式的低功率因数，尤其是相邻的客户分别有超前和滞后功率因数，理论上会产生所谓的共振效应，这会造成大的有害电压波动。所以，工业和商业大楼内如果功率因数较低，都有可能要向电力公司缴纳额外费用。LED驱动电源能够具备好的功率因数和差的 THD或者相反吗？一般经验表明，功率因数和 THD相辅相成，差的 THD意味着差的功率因数。但在理论和实际中也有可能一个指标很好，而另一个指标较差。例如，白炽灯的 THD非常完美，但端子上口接一个大电容，使其功率因数很差。另一个极端是，LED驱动电源可能从电容，使其功率因数很差。另一个极端是，LED驱动电源可能从电力线上吸收方波电流而非正弦电流，和电力线电压的相位完美同相，其功率因数很好但 THD很差。口输入电压：在美国，大多数商业和工业照明使用 277V,而消费LED和零售照明大多数使用 120V。能够同时在两种电压上使用的LED驱动电源称为具有宽电压输入功能，这种自适应是完全自动的而且可逆的。照明 OEM经销商希望库存宽输入电压产品，这样就不用担心需要哪种电压。采用哪种EMI标准？在美国，LED驱动电压需要满足CFR47Part15的要求。有两个标准：ClassA设备适用于商业和工业使用，ClassB设备产生ClassBClassB标准，包括放射ClassB标准进行认证。更低的干扰水平，比如可以在电视机附近使用。对于消费者使用来说可能靠近电视机，会需要更严格的辐射测试，然而极少 LED驱动电源按照对于ClassA设备来说允许LED驱动电源制造商自认证，但更严格的ClassB测量则要由许可测试实验室进行，费用会更高。在欧洲使用的是 CISPR15标准。应了解的是CISPR15标准中产LEDLED负载远离驱动品输出中对于传导辐射的测试是可选的，仅在电源安装时才会需要。对于任何一种，产品都可公布为符合CISPR15。要查找产品是否经过输出辐射测试，唯一办法是索要认证文件副本。采用哪种环境标准？环境坚固度通常用 IP等级表示，其中第一位数字表示机械保护。第二等级，范围从 0到6（0为铁丝网；6口不可穿透的容器）。第二位数字表示防水等级，范围从 0口无保护）到 8口适合永久性水下工作）。所有密封容器都可以达到机械等级 6,即使密封并未焊接。但是，IP65表示产品可以承受所有方向的低压水喷射。实际上，极少使用需要这种等级。如果 LED驱动电源用在灯具内部，而灯具安装位置为建筑物外部某个突出部分下方，则 IP61就足够了，因为虽然会有凝结水，这种水不会被强制进入产品容器内部。没有必要选择高于需要的高 IP等级，因为大多数情况下这会增加不必要的成本。幸运的是，在容器内使用非常廉价的口封材料沥青进行填充，能为几乎所有LED驱动电源实现环境等级 IP67（短时间浸水） 。口是，在美国使用沥青口口相当昂贵，因为沥青在建筑物内部使用有一定毒性和危险性。这就是 IP65在中国非常便宜的驱动电源中都可以实现，因为这里的环境控制不太严格，而在美国制造的

IP61的驱动电源，而室外灯具则至DOOODDODDIP61的驱动电源，而室外灯具则至对于室内使用建议选用至少少选用IP66等级。关于安全标准在美国，LED驱动电源的安全标准为 UL8750,而在欧洲相应的标准为 IEC61347-2-13D两种标准有一定的重叠性，但各有部分要求在内部或程度方面有些许区别。很多现有产品可以满足两种标准。两种标准也使用其他的相关标准来解释详细要求。根据驱动电源所用的地区是欧洲、美国或者二者，必须有证书说明符合一种或两种标准，并有相应的标签标记来说明这种符合性。两种标准提供防火和电击危险的基本保护，是值得信赖产品的必需之物。在美国，输出和输入隔离的默认电气隔离标准为 Class2,意味着在操作驱动电源输出时是绝对安全的。在欧洲，相应的标准称为SELV（隔离的超低电压或安全超低电压口 。应明白的是并非在所有情况下都要有 Class2隔离。例如，位于电灯泡内的驱动电源如果LED输出用塑料材料包覆，则不需要隔离。也有其他的隔离类别，包括无隔离，这些在 UL规则中都是允许的。例如，大

功率LED驱动电源如果输出电压更高就会有更高的效率，路灯和LED高棚灯的驱动电源输出可能达到驱动电源通常符合 UL规定的Class1。提供隔离意味着制造商在构造时需要投入额外成本，而且通过隔离阻碍传递能量时会降低效率。在很多使用中的确需要如此，但并非所有使用都需要这样，比如用于替换荧光灯管的荧光灯管可能隔离也可能不隔离，通常端子上的电压可达rms。美国的电工通常会在带电时更换灯管。这些灯管的因此LED400V-500VDC。这种因此LED400V-500VDC。这种LEDODD700VLED替口带电端子，通常为电路电压电势。所以，这种使用中的动电源不需要进行隔离，这样可以降低成本、提高效率。要注意的一个重要的规定是“透过灯具漏电”限制。这项要求的原则是，当电工拿掉荧光灯的一端时，应不可能透过灯具到接地产生电力线电压的电击。这样以来，如果的，那么LED荧光灯管替换的两个接电端子应位于灯管的同一端，即使另一端采用假的机械支持针。这样的话就完全不可能通过灯具造成电击。LED驱LED驱动电源是非隔离LED驱LED驱动电源是非隔离LED驱动电源和所有其他产品相似都有成本限制，因此必须进行口中，在选型时要清楚自己无法获得全部功能的同时还能保持最低成本。需要考虑的这种因素如下：LED驱动电源时选用两级拓1LED驱动电源时选用两级拓口几乎可以消除全部纹波，第一级产生稳定电压，第二级在产生输出电流。问题是这种产品需要有两个控制芯片，两个高频变压器，所以非常昂贵。只使用一级转换实现功率因数校正一级输出电流控制，即可大幅降低成本，其问题是功率因数校正并非那么完美，而且两倍于线路频率的纹波会引入输出，有时候纹波可以达到 50%之多。2）启动时间：这里存在着成本和效率之间的折中。使用大功率