如何解决LED驱动电源的易损坏问题

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什么是LED驱动电源

LED驱动电源把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器,通常情况下:LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。LED电源核心元件包括开关控制器、电感器、开关元器件(MOSfet)、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠压保护电路,LED开路保护、过流保护等电路。

LED驱动电源的特点

(1)高可靠性

特别像LED路灯的驱动电源,装在高空,维修不方便,维修的花费也大。

(2)高效率

LED是节能产品,驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结散热非常重要。电源的效率高,它的耗损功率小,在灯具内发热量就小,也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。

(3)高功率因素

功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器,没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大,但晚上使用照明量大,同类负载太集中,会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源,据说不久的将来,也许会对功率因素方面有一定的指标要求。

(4)驱动方式 现在通行的有两种:其一是一个恒压源供多个恒流源,每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式,组合灵活,一路LED故障,不影响其他LED的工作,但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电也就是“中科慧宝”改采用的驱动方式,LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点,但灵活性差,还要解决某个LED故障,不影响其他LED运行的问题。这两种形式,在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式,在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。

(5)浪涌保护

LED抗浪涌的能力是比较差的,特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外,如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应,从电网系统会侵入各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏。因此分析“中科慧宝”的驱动电源在浪涌保护方面应该有一定的欠缺,而至于电源及灯具频繁更换,LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入,保护LED不被损坏的能力。

(6)保护功能

电源除了常规的保护功能外,最好在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高;要符合安规和电磁兼容的要求。

LED驱动电源的分类

(1)恒流式

恒流驱动电路输出的电流是恒定的,而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化,负载阻值小,输出电压就低,负载阻值越大,输出电压也就越高; 恒流电路不怕负载短路,但严禁负载完全开路; 恒流驱动电路驱动LED是较为理想的,但相对而言价格较高; 应注意所使用最大承受电流及电压值,它限制了LED的使用数量。

(2)稳压式

当稳压电路中的各项参数确定以后,输出的电压是固定的,而输出的电流却随着负载的增减而变化; 稳压电路不怕负载开路,但严禁负载完全短路; 以稳压驱动电路驱动LED,每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均; 亮度会受整流而来的电压变化影响。

确定LED驱动电源质量的七大原则

1、放弃4路以上输出,发展单路或两路输出,放弃大电流和超大电流,发展小电流。

输出路数越多越复杂,不同出路之间的电流干扰解决起来成本很高,如不解决则故障率较高。另外输出路数越多则总输出电流也就越大,而电流是发热的主要原因,电压本身不直接导致发热,简单来说发热量与电流的平方成正比,也就是说电流增加到原来的2倍的话,发热量将增加到原来的4倍,电流增加到原来3倍,发热量将增加到原来9倍。综上所述,单路或两路输出的LED灯电源故障率会降低很多。

2、智能控制是LED灯具的优势之一,而电源是智能控制的关键。

智能控制在LED路灯和LED隧道灯照明应用上条件最成熟效果最明显,智能控制能在不同时间段、根据道路车流密度来实现灯具功率的无级控制,既满足应用要求,又实现巨大的节能效果,可以为公路主管单位节省大量经费。在隧道照明上的应用不但可以节能,还可以按照隧道外的亮度情况自动调节隧道出入口亮度,给司机提供一个视觉过度阶段,以保证驾驶安全。

3、放弃大功率、超大功率,选择较高稳定性的中小功率电源。

因为功率越大,发热量越大,里面的零部件也越紧凑,不利于散热,而温度正是电源发生故障的罪魁祸首。再者,小功率电源相对来说发展的较为成熟,稳定性和成本方面都有优势。其实很多大功率电源方案都没有经过时间验证及实践证明,都是匆匆上马的项目,都是实验性的产品,因此故障层出不穷。相比之下中小功率电源因发展较早,技术方案要成熟的多。

4、散热和防护是电源故障的主要外部因素。

不仅电源本身会发热,灯具也会发热,这两种热源如何合理的散发出去是灯具设计工程师必须考虑的问题,一定要防止热量的过度集中,形成热岛效应,影响电源寿命。采用分离式电源方案是一个好的选择。

5、维护的可行性。

电源的故障问题不可能完全避免,成都朝月光电提出了维护简便性原则。只有把电源的更换做的跟常规照明的光源的更换那么简便时,才能是用户用的开心,即便是电源坏了,心情也不会太差,而用户的心情好坏决定着LED灯厂家的命运。

6、防护性能。

防护问题也很重要,水分的渗透可能引起电源的短路,外壳上的沙尘会影响电源的散热,暴晒则容易引起高温和电线及其他元器件的老化,从实际使用中的经验来看,旋转接线插头的故障率较高,多数为漏水造成故障。

7、模块化设计。

模块化设计已经成为当今的潮流,必须在模块电源一体化上想办法,如果电源能用插拔的方式解决维护问题,一定会受到用户的欢迎,同时还需建立接口标准化,让不同厂家的LED灯电源能够通用。

LED驱动电源常见问题

1、LED驱动电路直接影响LED寿命

咱们所说的LED驱动包括数码驱动和类推驱动两类,数码驱动指数字电路驱动,包括数字调光操控,RGB全彩变幻等。类推驱动指类推电路驱动,包括AC恒流开关电源,DC恒流操控电路。驱动电路由电子元件组成,包括半导体元件,电阻,电容,电感等,这些元件都有运用寿数,任何一个器材失效都会致使整个电路的失效或许有些功用失效。 LED的运用寿数是5-10万小时,按5万小时算,接连点亮,有近6年的寿数。开关电源的寿数是很难到达6年的,市面上出售的开关电源质保期通常是2-3年,到达6年质保的电源是军品级别的,价钱是通常电源的4-6倍,通常的灯具厂是很难承受的。所以LED灯具的毛病多为驱动电路毛病。

2、LED驱动电源散热难题

LED为冷光源,作业结温不能超过限值,描绘时还要留必定余量。整个灯具的描绘要思考外形漂亮,装置便利,配光,散热等许多方面难题,要在许多要素中寻求平衡点,这样全体的灯具才是最棒的.LED灯具的开展时刻不长,能够学习的经历不多,许多描绘都是不断完善的。有些LED灯具厂家所用电源为外协或许外购,灯具描绘师对电源知道不多,给LED的散热空间较大,给电源的散热空间较小。通常是描绘好灯具后再找适宜的电源来配套,这样就给电源的配套带来必定的难度。常常碰到因灯具内部空间较小或许内部温度较高,并且本钱操控较低,无法配到适宜电源。有些LED灯具厂有电源研制才干,在开端描绘灯具前期进行评价,电源的描绘同步进行,就能处理以上难题。在描绘中要归纳思考LED的散热和电源的散热,全体操控灯具的温升,这样才干描绘出较好的灯具。

3、LED驱动电源描绘中的难题

a、功率描绘。尽管LED光效高,可是还有80-85%的热能损耗,致使灯具内部有20-30度的温升,若是室温25度状况,灯具内部就有45-55度,电源长时刻在高温环境下作业,要确保寿命就必须加大功率余量,通常留到1.5-2倍的余量。

b、元件选型。灯具内部温度45-55度状况下,电源内部温升还有20度左右,则元件邻近的温度要到达65-75度。有些元件在高温状况参数会飘移,还有些寿命会缩短,所以器材要挑选能在较高温度长时刻运用的,特别注意电解电容和导线。

c、电功能描绘。开关电源对准LED的参数描绘,主要是恒流参数,电流的巨细决议LED的亮度,若是批量电流差错较大,则整批灯的亮度不均匀。并且温度的改变也能致使电源输出电流偏移。

e、认证难题。目前国内还没有对准LED灯具的规范,国家相关部分正在研讨制定,国内出售的灯具认证是参照照明灯具的规范,外销的是做CE或UL等认证,还有些参照国外的LED灯具规范来做。所以对准这种状况,开关电源的描绘要一起满意以上的这些规范是比拟艰难的,咱们只能对准不一样的需求满意不一样的认证。

4、LED驱动电源运用参数。

外购驱动电源在挑选上主要看恒流和恒流的电压规模。恒流值挑选为LED的规范电流偏下。电压规模的挑选要适中,尽量不要挑选较大规模,防止功率的糟蹋。

LED驱动电源的保护方法

1、保护LED驱动电源中采用保险丝(管)

由于保险丝是一次性的,且反应速度慢,效果差、使用麻烦,所以保险丝不适宜用于LED灯成品中,因为LED灯现在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。它要求LED保护电路要很苛刻:在超出正常使用电流时能立即启动保护,让LED的供电通路就被断开,使LED和电源都能得到保护,在整个灯正常后又能够自动恢复供电,不影响LED工作。电路不能太复杂体积不能太大,成本还要低。所以采用保险丝的方式实现起来很困难。

2、LED驱动电源使用瞬态电压抑制二极体

瞬态电压抑制二极体是一种二极体形式的高效能保护器件。当它的两极受到反向瞬态高能量冲击时,能以10的负12次方秒极短时间的速度,使自己两极间的高阻立即降低为低阻,吸收高达数千瓦的浪涌功率,把两极间的电压钳位元在一个预定的电压值,有效的保护了电子线路中的精密元器件。瞬态电压抑制二极体具有回应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差一致性好、钳位元电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

但是在实际使用中发现要寻找满足要求电压值的TVS器件很不容易。 LED光珠的损坏主要是因为电流过大使芯片内部过热造成的。 TVS只能探测过电压不能探测过电流。要选择合适的电压保护点很难掌握,这种器件就无法生产也就很难在实际中使用。

3、LED驱动电源选择自恢复保险丝

自恢复保险丝又称为高分子聚合物正温度热敏电阻PTC,是由聚合物与导电粒子等构成。当正常工作电流通过(或元件处于正常环境温度)时,PTC自恢复保险丝呈低阻状态;当电路中有异常过电流通过(或环境温度升高)时,大电流(或环境温度升高)所产生的热量使聚合物迅速膨胀,也就切断了导电粒子所构成的导电通路,PTC自恢复保险丝呈高阻状态;在正常工作状态自恢复保险管的发热很小,在异常工作状态它的发热很高阻值就很大,也就限制了通过它的电流,从而起到了保护LED驱动电源的作用。

如何解决LED驱动电源的易损坏问题

为解决LED驱动电源故障率高、维护难等问题,通过对LED发光原理及电源需求分析,结合目前实际应用情况,我们尝试在LED道路照明中采用低压直流供电模式。通过直流供电不仅降低LED驱动电源故障率,还可降低道路照明的安全风险,并为未来电动汽车充电提供便利。

随着发光二极管(LED)技术的不断发展,LED照明从室内逐步向室外拓展。LED在道路照明领域推广缓慢其原因是道路照明功率大、运行环境恶劣等。大功率LED路灯经过一段时间的跟踪检测,部分LED灯具陆续出现故障。通过对故障的分析,我们发现LED驱动电源损坏所占比例高达90%。虽然LED路灯理论使用寿命长达5万小时(13.7年),但其驱动电路的寿命较短,约为1.2万小时(3年)。驱动电源成为制约LED路灯使用寿命的短板。同时由于LED驱动电源需与LED颗粒相匹配,缺乏统一标准,各供应商生产的驱动电源输出接口不统一,质量良莠不齐,给LED路灯维修带来不便,且更换驱动电源的费用较高。

LED驱动电源被纳入国家3C强制认证范畴。电源问题已成为影响到LED灯具的推广应用的重要因素。只有解决LED电源问题,才能打开LED灯具在道路照明中的应用。

一、LED颗粒对电源的要求

为解决LED电源问题,我们需要了解LED颗粒的基本工作原理及其对电源的供电需求。

目前道路照明中使用的LED灯具为整体发光结构,包含LED光源及电源两部分。LED光源是由一定数量的大功率LED颗粒混联(先串后并)成一个整体发光芯片。单个LED其实就是一个二极管,当在二极管两端施加一定的正向电压激发P-N结传导电流,LED就能发出光。单颗LED的标称电压为3.4V±0.2V(实际工作电压约2.8~3.8V)。工作电流与功率和亮度相关,不同功率的LED,电流不同。通常来讲,功率越大电流越高则发出的光越多。道路照明中使用的大功率1W LED颗粒的标称电流为350mA。

通过对实际应用的LED灯具的结构分析,我们可以清楚看到LED灯具是由一定数量的LED颗粒串联后得到一个工作电压为40.8V±2.4V的LED串,再将这些LED串进行并联得到一个工作电流为3.5A的LED灯具。计算损耗,该灯具对电源的需求为48V/3.5A。

二、LED驱动电源

现有的路灯供电线路为220V交流电,必须进行降压、整流、稳流三个步骤方可为LED灯具提供稳定的低压直流电源。先将220V交流电降压成48V低压的交流电,然后将低压的交流电经桥式整流变换成低压的直流电,较后再通过高效率的开关稳压器变换成恒流源,为LED颗粒提供恒定的电流。

为降低芯片故障率,多数厂家选择少串多并的组合方式,现有LED灯具电压需求多为48V,每个LED灯具对电源的电压和电流要求可能略有不同,在实际应用中应根据整灯的电压和电流选择合适的驱动电源。

三、电源故障分析

由于LED颗粒与电源共同分布在灯具狭小的空间内,为达到防潮防水要求,必须将电源进行密封,但也带来散热困难的问题。在夏季LED光源的温度可以达到70多度。LED电源在这种高温环境下工作,寿命大幅下降。同时由于整体密封,损坏的零件无法现场更换,只能整体替换,不仅维修困难而且费用高。这也是使用单位对LED路灯应用热情不高的原因之一。

四、直流供电模式

既然分散在各个路灯灯具内的驱动电源散热问题无法解决,为何不能将分散的驱动电源从灯具转移到地面,集中到地面的变压器或开关箱内统一处理。集中在地面的直流变压器不仅转换效率高,而且温度可控,同时也便于维修。LED路灯一旦实现低压直流供电模式也会给路灯用电安全提供保障,更可为未来电动汽车充电提供条件。

五、技术途径

对现有LED路灯可较大限度利用现有设备。在原有的变压器末端(或开关箱处)增加变压、整流设备,通过变压、整流、滤波输出48V低压直流电,通过原有电缆(例4&mes;25mm2 1&mes;16mm2)向LED路灯供电。

对于新、改建LED路灯可以进一步优化配电控制线路的设计。利用大功率整流器对220V/380V交流电集中整流得到标准的直流电源,为LED路灯直接提供低压直流电。因此,传统的LED路灯的驱动电源可以去掉,可由路灯配电控制直接提供直流电源,LED路灯的结构设计可以更加简化,可靠性也相应增加。

六、直流供电的优势

1、解决目前LED路灯灯具驱动电源使用寿命较短问题;

2、提高LED灯具整灯光效效率(目前国内及欧美国家均将含有光源和电源,把整灯光效作为LED灯具的节能检测指标),同时集中降压整流,降低系统能耗;

3、降低路灯设施运行中的安全风险(在我国50V以下交流电为安全电压,直流电压在实际使用中安全性高于交流电);

4、LED路灯的驱动电源去掉,大大减少了故障点,不仅维修方便而且造价大幅降低;

5、道路两侧的路灯直流电源可以实现对电动汽车、电瓶车充电提供便利。

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