LED驱动电源是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。我们在使用中通常存在以下问题。
(1)驱动电路直接影响LED寿命。我们所说的LED驱动包括数字驱动和模拟驱动两类,数字驱动指采用数字电路驱动,包括数字调光控制和RGB全彩变幻等;模拟驱动指采用模拟电路驱动,包括AC恒流开关电源,直流恒流控制电路。驱动电路由电子元器件组成,包括半导体器件、电阻、电容、电感等。这些元器件都有使用寿命,任何一个器件失效都会导致整个电路失效或者部分功能失效。LED的使用寿命是5~10万h,按5万h算,连续点亮有近6年的寿命。开关电源的寿命是很难达到6年的,市面上出售的开关电源质保期一般是2~3年,达到6年质保的电源是军品级别的,价格是普通电源的4~6倍,一般的灯具厂是很难接受的,所以LED灯具的故障多为驱动电路故障。
(2)散热问题。LED属于冷光源,工作结温不能超过限值,设计时还要留一定余量。整个灯具的设计要考虑外形美观、安装方便、配光和散热等很多方面问题,要在众多因素中寻求平衡点,这样整体的灯具才是最好的。I,ED灯具的发展时间不长,可以借鉴的经验不多,很多设计都是不断完善的。有些I.ED灯具厂家所用电源为外协或者外购,灯具设计师对电源了解不多,给LED的散热空间较大,而留给电源的散热空间较小。较多的做法是设计好灯具后再找合适的电源来配套,这样就给电源的配套带来一定的难度。经常碰到因灯具内部空间较小或者内部温度较高,而且成本控制较低,因此无法配到合适电源。有些I.ED灯具厂有电源研发能力,在开始设计灯具初期进行评估,电源的设计同步进行,这样就能解决以上问题。在设计中要综合考虑LED的散热和电源的散热,整体控制灯具的温升,这样才能设计出较好的灯具。
(3)电源设计中存在的问题。
1)功率设计。虽然LED光效高,但是还有80%~85%的热能损耗,致使灯具内部有20~30℃的温升。如果室温25℃情况,灯具内部就有45—55℃,电源长时间在高温环境下工作,要保证寿命就必须加大功率余量,一般留到1.5~2倍的余量。
2)元器件选型。在灯具内部温度45~55℃情况下,电源内部温升还会产生约20℃左右,则元器件附近的温度要达到65~75℃。有些元器件在高温情况下会产生参数会漂移,还有些则寿命会缩短,所以器件要选择能在较高温度长时间使用的,特别注意电解电容和导线。
3)电性能设计。开关电源针对LED的参数设计,主要考虑的是恒流参数,电流的大小决定LED的亮度,如果批量电流误差较大,则整批灯的亮度不均匀,而且温度的变化也能致使电源输出电流偏移。批量误差一般控制在±5%以内,才能保证灯的亮度一致。LED的正向压降有偏差,电源设计的恒流电压范围要包含I,ED的电压范围。多个LED串联使用时,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要比这个范围稍宽些,一般上下限各留1~2V余量。
4)PCB布板设计。LED灯具留给电源的尺寸较小(除非是电源外置的),所以在PCB设计上要求较高,要考虑的因素也多。安全距离要留够,要求输入和输出隔离的电源,一次侧电路和二次侧电路要求耐压AC1500~2000V,在PCB上至少要留够3mm的距离。如果是金属外壳的灯具,则整个电源的布板还要考虑高压部分和外壳的安全距离。如果没有空间保证安全距离情况下就要利用其他措施保证绝缘,比如在PCB上打孔、加绝缘纸、灌封绝缘胶等。另外PCB布板还要考虑热量均衡,发热元件要均匀分布,不能集中放置,避免局部温度升高。电解电容远离热源,减缓老化,延长使用寿命。
5)认证问题。目前国内还没有专门针对LED灯具的标准,国家相关部门正在研究制订,国内销售的灯具认证是参照照明灯具的标准,外销是做CE或UL等认证,还有些参照国外的LED灯具标准来做。所以针对这些情况,开关电源的设计要同时满足以上的这些标准是比较困难的,我们只能针对不同的要求满足不同的认证。
(4)电源应用中的问题。
1)使用参数。外购电源在选择上主要看恒流和恒流的电压范围,恒流值选择为LED的标准电流偏下,电压范围的选择要适中,尽量不要选择较大范围,避免功率的浪费。
2)最好选择外置电源。灯具内部的温度较高,会影响电源的使用寿命,如果在设计允许情况下尽量选择电源外置,或者电源的安装远离LED的散热器。
3)工作温度选择要有一定余量。一般开关电源标称工作温度-10~+55℃,指的是在这个温度范围内可以工作,并不代表可以在极限温度情况长时间工作。如果灯具内部温度为55℃情况下,选择开关电源最高工作温度应为65℃或70℃。
4)在工程使用中的问题。小功率LED灯在工程中经常是并联很多在一路开关中使用,在通电瞬间电路电压下降很多,响应时间短的电源被迫在低压大电流情况下启动,则此时的冲击电流就很高,容易损坏电源,所以在使用中尽量多放几路,分批开关。
5)防水要求。要求防水的灯具选择电源时,当灯具已经达到防水要求,并且电源安装在灯具内部,电源则不需要防水,重复防水致使成本升高,不利散热。