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    LED驱动电源知识
    LED驱动电源知识
    编辑时间:2016-06-15 打印本稿
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    一.产品构成原理及特点

    本LED驱动电源采用当今最流行的PWM(脉冲宽度调节)控制技术,全部采用防浪涌、防雷击设计。主要由八个部分组成:(1)输入浪涌限制(防雷单元)(2)输入滤波器及整流滤波(3)PWM脉宽调制器(4)功率变换器(5)输出整流滤波(6)PFC单元电路(部分产品使用)(7)一或二级EMI电路,(8)保护控制电路。PWM开关电源输出稳定的基本原理就是在输入电压及外接负载变化的情况下,控制电路通过采样负载电路的电压或电流的变化,输出对控制信号与基准信号的差值形成闭环反馈,调节主电路开关器件导通的脉冲宽度,使得开关电源的输出电压或电流稳定(即相应恒压或恒流源)。利用PWM控制的电源具有:效率高,输出电压﹑电流稳定,输入电压范围宽和负载异常保护等特点,由于这种电源都有完善的保护措施和稳定的输出特性,因此属高可靠性电源,从而达到既安全安又节能的效果。工作框图如下: 


    二.产品的选用及计算方法
    1.恒压、恒流电源的选用
    1)恒压电源的选用
    A﹑LED负载:当负载是并联和串联组合的电路或小功率组成的模组时(如LED灯为20MA或40MA时)宜选用恒压电源;
    B﹑应用场所:在渐变、扫描或常量的场所,比较适合使用恒压电源,但常亮的场所使用恒压电源时亮度一致性较差。
    2)恒流电源的选用
    A﹑LED负载:当负载是串联使用时,建议使用恒流电源
    B﹑应用场所:在常亮的场所可以使用恒压电源,但相对使用恒流电源的亮度一致性比恒压电源的效果好,当负载为大功率LED时(如额定电流为350MA﹑700MA时候)用恒流电源,
    在常亮的场所最好使用恒流电源,因为恒流源的亮度一致性较好。
    2.轻载匹配所接电阻阻值的计算
    1)恒压电源
    负载的功率与电源的功率尽可能匹配,当负载功率过小时,并确实需要在该状态下工作时,建议在负载输出端并联一个小功率电阻(约0.5W左右)。尤其灯具在渐变﹑扫描场合会在极短时间内出现超轻负载,此时在每个电源输出端并联一个小负载,约0.5W左右更利于电源和灯光系统的正常工作。
    例:电源输出12V,极轻负载时外加并联电阻的计算:
    ∵P额=U2/R    ∴R=U2/P额=122/0.5=288Ω 取整300Ω,
    实际选用时电阻的承受功率应大于实际功率的2倍以上,功率P=2×P额=2×0.5W=1W,所以应选用300Ω/1W以上的电阻并联即可,如下图:


    2)恒流电源
    如使用一个输出电压3V~12V输出电流350MA恒流源,使用负载两端最小电压为别3V,负载最大电压12V,特定时需用上例电源接1个2V/350MA的灯,怎么办?
    建议在电路中串联一个电阻,使等效负载电压≥3V才能使系统正常工作,串接电阻计算方法:
    电阻R=(U电源-U灯)÷I=(3-2)÷0.35=2.8Ω 取整3Ω
    需耗功率P额=I2×R=0.352×3=0.3675W
    实际选用功率P=2×P额=2×0.3675W=0.735W      
    所以应选用3Ω/1W的电阻串联,如下图:


    如下图所示: 
    3.电源输出功率与匹配负载的计算
    1)恒压电源选用方法(建议负载功率为电源输出功率的75%~85%)
    即P负载≤P电源(75%~85%),U负载=U电源
    2)恒流电源选用方法(建议负载电压介于电源最小电压与最大电压之间)
    P负载≤P电源       I电源=I负载
    U电源min≤U负载≤U电源max
    3)LED数量﹑功率与电源功率选择的简易计算
    A﹑恒压型电源计算:
    例如:一台功率为30W﹑电压为12V﹑电流2.5A的开关电源(HV-12030A),可驱动功率为70mW(额定50mW)﹑额定电流为20mA﹑额定电压为2.5V的LED最多是多少个?多少并联支路及每支路串多少个LED?
    ①    计算可驱动的LED最大数n1
     n1=P电源/PLED=30/0.07=428.57≈428(取最小数)
    ②    计算每支路串联LED个数n2
     n2=U电源/ULED =12V/2.5=4.8个≈4个(取最小数)
    ③    计算并联支路数n3
     n3=n1/n2=428/4=107路
    ④    每路串联电阻R的计算
    R= U电源-( ULED×4颗)/LED额定电流=12V-(2.5×4)/0.02=100Ω
    即:在最大输出电流为2.5A时,最多接107路,每路由4个LED串联构成的LED组共用428个LED,每条支路串联的电阻为100Ω/0.25W,实际107路LED并联的电流为
    A=107×0.02=2.14A,小于电源最大输出电流2.5A,为电源最佳状态。
    B、恒流型电源的计算:
    例如:一台功率为28W﹑电流为350mA﹑电压范围为30~80V的开关电源(HC-80350A),可驱动功率为1W﹑额定电流为350mA﹑额定电压为2.5V的LED最多多少个?最少又能驱动多少个?
    ①    计算驱动的LED数量最大值
    n1=P电源/PLED=28/1=28个     n2=U电源最大值/ULED=80/2.5=32个
    n取n=〔n1,n2〕最小值=28个
    ②    计算驱动的LED数量最小值
    n=U电源最大值/ULED=30/2.5=12个;
    因此,可接LED最多28个,最小12个。
    C、根据LED的散耗功率值、电流值、两端电压值及使用数量和方法,计算选择电源:
    ①使用恒压源的计算方法
    例:散耗功率为70mW(额定功率50mW、额定电压2.5V,额定电流20mA的LED,每8个LED串联组成一只路,使用176颗LED,应选用电源规格是多少?
    a)计算LED总功率
    P负载=PLED×n=0.070×176=12.50W
    ∴P电源≥P负载=12.5W,应选15W的电源
    b)计算LED串联电压值
    U=ULED×n=2.5×8=20V,∴串联电压为20V
    建议选用输出电压为24V、输出功率为15W的恒压电源,并在连接上每支路上串一个小电阻平衡电压(电阻选取参考上述A恒压型电源串联电阻的计算),可选用HV-24015A型号的恒压电源。
    ②     使用恒流源的计算方法
    例:散耗功率为1W、电流为350mA、电压为3V的LED,24个LED串联使用,应选用何种规格的恒流源?
    a)计算LED总功率
    P负载=PLED×n=1×24=24W
    ∵P电源≥P负载=24W,可选用电源功率28W,输出电流为350mA的恒流源。
    b)LED串联电压值
    U=ULED×n=3×24=72V    ∵U电源min≤U负载≤U电源max,可以选用最大输出电压为80V的恒流电源。
    建议选用输出为28W、输出电流为350mA、输出电压范围为30~80V的恒流源,可以选用HC-80350A型号的恒流电源。
    三.常用的名词解释
    1.什么叫隔离电源
     隔离电源就是电源的输入电路与输出电路通过变压器或其它方法进行隔离。防止因电源输入部分原件损坏时,电网电压直接传输到电源后置的LED灯具上,造成LED灯具的损坏,甚至造成生命财产损失。
    2.什么叫EMC
    EMC也叫电磁兼容(包含EMI与EMS),意指设备所生的电磁能量即不对其它设备产生干扰,也不受其它设备的电磁能量干扰的功能。
    EMI(电磁干扰性):指设备在使用中所产生不利于其它系统的电磁噪音,频率在0~30M;
    EMS(电磁耐受性):指设备在使用中不受周围电磁环境影响的能力,频率在30~300M。
    3.什么叫PFC(功率因数校正)
     PFC(Power Factor Correction)功率因数校正,主要为改善电源供应器输入端有效功率与视在功率的比值。一般不含PFC线路的机型,其输入端的功率因数只有0.4~0.65,而具有主动式PFC线路则可以达0.95以上,其相关式如下:
    视在功率=输入电压×输入电流(V×A)
    有效功率=输入电压×输入电流×功率因数(W)
    注:发电厂必须产生大于视在功率的电能,才可以稳定供给市场电能需求,而电能的实际使用则是有效功率。如果功率因数为0.50,表示发电厂发出大于2VA电力,才能安全供给电能1W的需求,其能源运作效益差。反之,若功率因数改善为0.95,则电力公司发电机组只要发出大于1.06VA电力,供给1W的需求便无问题,能源的运作效益较佳。
    4.什么叫悬浮电压
     一般来说,开关电源都会存在一个悬浮电压(也称感应电压),造成外壳带电的现象。而此种现象,IEC60950-1中也有明确的规范,例如:用电设备的漏电流,必须低于3.5mA,而只要正确接地便可解决。
    5.什么叫纹波
    纹波是指直流输出电压的直流成分以外的交流成分。通常交流成分的频率一般都大于100Hz以上,甚至几十MHz,纹波不能消除。
    6.什么叫突波
    突波是一种瞬间的高压,这种从数百伏特到数千伏特或者更高,持续时间从数千分之一秒到数亿分之一秒,这对电子设备来说是种极大的潜在危险,轻则造成资料流失或者电子零件寿命减速短,严重会造成电源的损坏或产生严重的后果。产生的原因有两种,一是自然界的雷击;二是电源瞬间加入负载,所以需安装突波抑制器。
    7.什么叫效率
    由于能量在转换和传递过程中,不可避免的产生各种损耗,因而使输出功率总是小于输入功率。例如:电源在工作时,各种元器件和线路具有电阻,通电后会发热,这部分热量就是能量损耗,所以它的输出功率总是小于输入功率。为了衡量能量在转换及传递过程中损耗的程度,我们把用电设备输出功率与输入功率之比,定义为用电设备的效率。
    高效率的电源能节约能源,另外高效率的电源其本身的发热量低、温升小,可延长使用寿命。
     
    四.环境温度与负载对电源寿命的影响
    1.电源的温度与寿命
    开关电源是电子产品,电子产品的寿命在很大程度上取决于最高工作温度,温度越高寿命越短,而且电源本身也存在能量消耗,具体表现为发热。所以在安装使用过程中,要避免安装在高温的环境中,并尽可能采用各种散热方式加强散热,降低机体温度才能使电源的寿命增长。
    2.热传递(散热)的机理
    电源的热量是由内部传导到电源表面,再通过传导、对流和辐射三种方式装热量散发到周围的介质中去。热量散发得越快,电源的温度越低;反之越高。下面三种散热机理及安装尽可能考虑的散热注意点。
    (1)辐射应用:散走的热量,一方面取决于发热体(电源)的表面特征,表面晦暗的物体辐射能力大(即散热效果好),表面有光泽的物体辐射能力小。另一方面取决于发热体表面的周围介质温度,这往往是由安装灯具的尺寸形状结构所决定,所以安装时应尽可能使电源工作的周围环境温度低,有利于辐射散热。
    (2)对流散热:当固体表面的与流体(如空气)的温度出现温差时,其间就产生热交换,热量将由高温物体(电源)传向低温物体(空气),再通过空气将热量带走。所以通风的环境和空气流动的空间越大,热量越易散发。在安装时,尽可能创造敞开。裸露于大气中的空间使空气易于流动,加强对流从面达到散热的目的。
    (3) 热传导:借物体中分子, 原子或电子的相互碰撞,使热能从物体的温度较高部分到温度较低部分的过程。金属是热传导的良导体,而石棉、海棉、木材是热传导的不良导体。在安装电源时,尽可能装电源安装在面积较大的金属板上,从而通过热传导把电源的部分热量传递到金属板,再借助金属板散热,从而达到降低电源温度的目的。应避免将电源直接安装在海绵、木材等不利于热传导的材料上。
    综上所述,为了延长电源的使用寿命,应尽可能降低电源的工作温度。在具体使用上,由于环境条件所限制,不能按理想状态安装时,根据上述热传递的机理,尽可能创造各种有利于热传递的三种方式进行散热,使电源的工作温度正常,才能有利于电源的寿命,否则会缩短电源寿命甚至损坏电源。
     

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