2022年驱动电源 .pdf

佛山市浩迪光电技术有限公司佛山市浩迪光电技术有限公司LED 知识培训（ 5）主讲：王鹏名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司一、 LED 日光灯特性最近以来， LED 日光灯成为最早进入室内的LED 灯具之一，因为它相对于荧光灯来说具有很多优点。相对于荧光灯来说， LED 日光灯具有 10 大优点：1、发光效率高荧光灯的发光效率大约是60-80 lm/W（Philips 公司 T8 荧光灯的发光效率为72lm/W），而 LED 的发光效率在 80-120 lm/W，最近 Cree公司的 XLampXP-G的发光效率已经到150 流明/W，而且以后还会不断提升。二者之差现在已经将近一倍，而以后有可能达到3 倍以上。2、灯具效率高灯具的效率主要是指有效光效，因为荧光灯是360 度发光的，而在反方向发出的光就没有什么用处。 所以荧光灯通常采用一个白色的灯罩，可以把相当一部分的反向光反射回来，一般来说，荧光灯的灯具效率大约只有70%。而 LED 日光灯则是 120 度发光的，所以全部光都是有效光。 虽然有时候也会觉得120度发光角度窄了一点， 不过大多数情况下还是够用的。 而且这个发光角度也是可以根据需要来加以调整的。3、LED 光效高Philips 的 T8 荧光灯的发光效率为72lm/W，36W 的荧光灯一共发出2592 流明，但是灯具效率只有70%，所以有效的流明数为1814.4流明，而 LED 的发光效率已经超过 130lm/W， 假定为 100lm/W， 那么只要 18W 就可以达到 1800 流明，也就是只要荧光灯一半的功率就可以有相同的亮度。而且LED 的发光效率还在逐年升高。4、电源效率高因为所有灯具除白炽灯以外都是需要有专门的电源供电的，电源的效率也就影响了整个灯具的效率。下面以Philips 公司的 36WT8 荧光灯为例。它的额定输出功率为 36W，但是由于接入了电感镇流器，实测输入功率为42.4W，也就是铁芯电感损耗了6.4W,效率降低为 85%，大多数国产的铁芯电感功耗在10W 以上，功率因素低于0.512。而 LED 的电源效率通常高达90%，一个 18W 的 LED日光灯只要 20W 的输入功率。功率因素也可以达到0.9 以上。和荧光灯相比大名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司约可以节省一半以上的电， 也就是说采用一个18 瓦的 LED 日光灯可以取代一个36 瓦的荧光灯。5、寿命长一个仔细设计的 LED 日光灯的寿命可以达到5 万小时。而一个荧光灯的寿命通常只有 5,000小时（有些国产的荧光灯寿命只有300 小时）。二者相差将近 10倍。最好的长寿命日光灯也只有10,000小时，二者也还相差5 倍。6、不含汞，无污染我们知道，荧光灯都含有汞。 36mm 荧光灯中含有 25-45mg的汞，26mm （T8）中含有 20mg的汞。而荧光灯都是采用易碎的玻璃作为外壳，一旦玻璃破碎，其中的汞就会马上就会蒸发到空气中，瞬间可使周围空气中的汞浓度达到10-20 毫克/立方米，超过国家规定的1000-2000 倍。而汞是一种对人体十分有害的有毒物质，汞蒸气达 0.04至 3 毫克时会使人在 2 至 3 月内慢性中毒，达 1.2 至 8.5 毫克时会诱发急性汞中毒，如若其量达到20 毫克，会直接导致动物死亡。而1mg的汞就足以污染 5454.5公斤的饮用水，使之达不到饮用标准。而LED 日光灯中不含任何有毒物质，是一种完全绿色环保无污染光源。7、色温范围广几乎可以提供任意色温，而且还可以提供红绿蓝以至任何一种颜色的灯光。8、显色指数高白炽灯的显色指数为95，荧光灯为 65-80，而 LED 日光灯则可以 80。没有紫外线辐射。9、非玻璃制品，不易破损，耐冲击，耐振动。10、外置隔离电源的 LED 日光灯，在灯管两端都接触不到市电高压，只有低于36V 的直流安全电压，不存在触电的危险，完全是一种安全的灯具。二、 LED日光灯驱动电源目前，LED 日光灯的电源分为 内置式 和外置式 两种。所谓内置式就是指电源可以放在灯管内部。 这种内置式的最大优点就是可以做成直接替换现有的荧光灯管，而无需作任何改动。 所以内置式的形状都是做成长条形，以便塞进半圆形的灯管中去。几乎市场上所有LED 日光灯的电源都是采用内置式。但内置式的缺点和问题是很严重的， 遗憾的是， 有些人只是贪图它在购买时可能便宜10%，而名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司不顾其使用成本高5 倍以上。真可谓是为小失大，得不偿失！1、内置式电源一种是非隔离式（图1） ，一种是隔离式（图3） 。图 1. 非隔离式 LED日光灯电源非隔离 是指在 LED负载端和 220V输入端有直接连接，因此触摸负载就有触电的危险。 220V和铝壳之间只有铝基板的极薄绝缘层的隔离，虽然这个绝缘层可以耐 2000V 高压，但有时螺丝孔的毛刺会产生所谓的爬电现象，通常不容易通过 CE和 UL认证。目前用得最多的是非隔离直接降压型电源。也就是把交流电整流以后得到直流高压，然后就直接用降压（Buck）电路进行降压和恒流控制。其电原理图如下图所示：图 2.非隔离恒流源的电原理图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司这种非隔离式电源的 主要技术特点 ：从 18V 到 450V 的宽电压输入范围， 恒流输出；采用频率抖动减少电磁干扰，利用随机源来调制振荡频率，这样可以扩展音频能量谱， 扩展后的能量谱可以有效减小带内电磁干扰，降低系统级设计难度；可用线性及 PWM 调光，支持上百个0.06W LED 的驱动应用，工作频率25KHz-300KHz ，可通过外部电阻来设定。非隔离恒流源的 优点是简单、指标高，它的输出电流可以按LED 串并联的个数决定。但是大多数情况下，它的输出电流不能太大，输出电压也不能太高。例如 264 个小功率 LED 连接成 22 个串联，12 串并联，每串 20mA， 一共 240mA。体积也可以做得很小，通常是做成长条形的，以便放进T10 或 T8 的管子里。假如每串的电流是 30mA，12 并就是 360mA。在有些非隔离的电源中就无法实现，为了保持总电流 240mA 不变，就只能改成8 串并联。但假如 LED 的总数不变，就要求串联的数目增加到33 个。这时候总电压就会增加到108.9V。但是通常这种非隔离恒流源的允许的最高输出电压是80V。 只能维持原来的 22 串， 这样 LED的总数就只能是 176 颗，即使采用 30mA，其总流明数有可能不能满足要求。图 3. 隔离式 LED日光灯电源隔离式 是指在输入端和输出端有隔离变压器隔离，这种变压器可能是工频也可能是高频的。 但都能把输入和输出隔离起来。可以避免触电的危险。 也容易通过 CE或 UL认证。一般来说， 由于加入了变压器， 所以隔离式电源的效率会有所降低，通常大约在88%左右。而且变压器的体积也比较大。放进T10 灯管还可以，但是放进 T8 的灯管就比较紧张。2、内置式电源的优点和代价内置式电源的最大优点就是能够直接替换现有采用电感镇流器的荧光灯，而不需要拆去任何东西。现有荧光灯的电源分两种，如图4 所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司（b）电子镇流器图 4. 荧光灯电源电路图我们知道， 最普通的荧光灯的起辉是采用一个串联的铁芯电感和一个并联的起辉器（图 4a）。在直接替换时，只要拔掉起辉器就可以了。但是由于铁芯电感仍然串联在电路中， 所以它仍然带来将近6.4-10W 的损耗，结果使得这部分的额外损耗大大降低了LED 的节电功效。例如，本来一个18W 的 LED 日光灯可以取代一个 36W 的荧光灯，不论采用上述非隔离式还是隔离式的电源，其效率至少为 88以上，那么其输入功率为20.45W，现在还要加上这个额外的6.4W，使得输入功率变成26.85W，其总效率也就降低为67，如果采用某些国产的铁芯电感，其功耗高达10W，输入功率就要变成30.45W，使得总效率只有59%。这就使 LED 的节电效能大打折扣。不仅如此，由于电源内置，电源的热量也就加入到管内，假定电源的效率为88，所以就有 2.45W 的热量也要散去，假定LED 本身的发光效率为30，也就是有 70的电功率变成热量，相当于12.6W的电功率变成热量，现在还要再加上内置电源的2.45W 的热量，相当于增加了20的热量。使得 LED 的散热又增加的一份困难，或者说，使得LED 的使用寿名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司命也更加缩短。 其实所增加的这部分热量还不至于缩短太多的寿命（20%左右），然而把电源放倒管子里面，电源本身就要承受由LED 产生的很高的环境温度，这就大大降低了电解电容的寿命，也就降低了整个灯具的寿命。 另外真正带来的问题是使得散热器的结构不能最佳化。这个问题才是更为严重的问题， 会使 LED寿命降低数倍之多。这将在以后做详细的解释。假如原来采用的是电子镇流器（图 4b），那么直接替换所产生的问题就更麻烦了。因为这时候加在日光灯两端的是一个高频高压。必须先用整流器变成直流高压，再用降压恒流源去驱动LED。 这时候的效率将变成前面电子镇流器的效率和后面的降压恒流源效率的乘积，就可能连 70%都不到。 例如，本来一个 20W的 LED日光灯可以取代一个36W的荧光灯，以内置非隔离式的20W LED 日光灯为例，实测结果如下。性能指标普通荧光灯(Philips)36W 内置非隔离电源本身内置式加上国产电感镇流器内置式加上电子镇流器外置式（每根灯管）总功率42.4W 25.6W 35.6W 30.5W 22.18W 效率0.84 7856.265% 90功率因素0.51 0.946 0.51 0.916 0.99 也就是说，直接替换的结果是效率大大降低，对于国产电感镇流器， 效率只有 56.2%。只比普通荧光灯节电6.8W 。这使得 LED日光灯的节电效能大打折扣，以致合同能源管理（ EMC ）难以执行。3、外置电源为了得到最高的性能最好采用集中式外置电源。因为目前推广 LED 日光灯的主要场所是政府机关、办公室、商场、学校、地下停车库、地铁等场所，往往一间房间采用不止一个日光灯，可能在10 个以上。这时候就应该采用集中式的外置电源。所谓集中式是指采用一个大功率的AC/DC 开关电源，统一供电，而每个日光灯则采用单独的DC/DC 恒流模块。这样可以得到最高的效率和最大的功率因素。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司图 5. 集中式外置电源现在大功率的 AC/DC 开关电源的效率很容易做到85以上 ,功率因素可以做到 0.99。而降压式的 DC/DC 恒流源的效率也很容易做到98。这样总效率可以做到 91%。这时的性能可以做到最高。以 20W LED 灯管为例，假如采用非隔离内置式电源，直接用220V 供电和外置式集中供电比较，实测的结果如下。性能指标内置式非隔离电源本身内置式加上镇流电感内置式加上电子镇流器外置式（每根灯管）总功率25.6W 26.85W 30.5W 22.18W 效率787465% 92功率因素0.946 0.51 0.916 0.99 集中式供电的优点是显而易见的。而且，它还是一种隔离式电源，在灯管处没有 220V 高压，只有低于 36VDC 的直流低压，也是符合安全使用的条件。另外，这种结构也很容易实现各种调光方案，例如手动调光，光敏调光，只要把调光控制信号送到各个DC/DC 恒流模块就能实现。其具体的方框图如图6 图 7 所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司图 6. 手动调光日光灯方框图图 7. 光敏调光日光灯的方框图4、外置电源优点外置式电源，不仅效率高、寿命长，而且还可以增加手动调光或自动调光等特殊功能，这些都是内置式所无法比拟的！三、如何选取由于现在专业设计生产LED驱动电源的厂家很多， 那么我们在设计自己产品的时候，如何去选取，显得至关重要。1、技术指标：技术参数如：输出电流、输出电压、功率因数、转换效率、异常保护、产品尺寸等等，按照采购标准来进行。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司2、产品测试：样品回来以后首先我们要对样品进行指标测试，看是否符合我们的要求。3、价格：因为我们产品的地位在中高档，为了在同行业中能够脱颖而出，靠的是我们产品的高性价比。 所以我们要同等质量的情况下，要货比三家， 对供应商的实力都要做详细的了解， 计划好哪个是主供应商、 次供应商。 在开发和生产过程中，为了减不必要的麻烦，尽量少更换供应商，除非特殊情况。附：电子元器件分类及作用1、电阻：按使用的材料分： 金属膜电阻（用于精密电路中） 、 炭质电阻（早期电路中使用） 、炭膜电阻（现在电路中使用最普遍）、保险电阻（用于电路中的电流保护和温度保护）、半导体电阻（用于传感器的敏感电阻）、水泥电阻（用于功率较大的场合）、线绕电阻（用于功率较大且需要较严格的场合）。按结构分：固定电阻（一般不需要调节的电路中使用）、可调电阻（用于需要随时可以调节的电路）、半可调电阻（用于小范围调节的电路）、电位器（用于亮度、声音、对比度等模拟量调节的面板上）。2、压敏电阻：压敏电阻是中国大陆的名词，意思是在一定电流电压范围内电阻值随电压而变，或者是说 电阻值对电压敏感 的阻器。压敏电阻器的电阻体材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的氧化锌 （ZnO）压敏电阻器，它的主体材料有二价元素（ Zn）和六价元素氧（ O）所构成。所以从材料的角度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司来看，氧化锌压敏电阻器是一种“ -族氧化物半导体 ” 。 在中国台湾，压敏电阻器称为 突波吸收器 ,有时也称为 “ 电冲击（浪涌）抑制器（吸收器）” 。3、电容：电容的种类有很多， 可以从原理上分为： 无极性可变电容、 无极性固定电容、有极性电容等， 从材料上可以分为： CBB 电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。电解电容其作用是：隔直流：作用是阻止直流通过而让交流通过。旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。滤波：将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波，接近于直流。储能：储存电能，用于必须要的时候释放。1uF/100V，0.1uF/100V，0.01uF/100V，0.0033uF/100V。4、二极管：整流管也就是二极管， 一般通过的电流较大。 有大功率整流管和小功率整流管。耐压和频率有高低。整流管是二极管的一种。二极管的种类很多用途也不同。有发光二极管，变容二极管。光电二极管，稳压二极管，双基极二极管，快恢复二极管。5、三极管：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - 佛山市浩迪光电技术有限公司三极管按材料分：有硅三极管和锗三极管。按结构有：NPN 三极管和 PNP三极管按功率分有： 小功率管和大功率管按频率分： 有高频率三极管和低频三极管三极管主要作用是放大或作电子开关6、MOS 管：MOS 管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应晶体管中的绝缘栅型。因此，MOS 管有时被称为场效应管。在一般电子电路中，MOS 管通常被用于放大电路或开关电路。7、隔离变压器：隔离变压器的一次侧和二次侧两个线圈没有直接的电气连接，通过磁场来进行电-磁-电的转换，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -