LED驱动电源的技术特点、要求及发展趋势

LED驱动电源的技术特点、要求及发展趋势陕西唐华能源有限公司¾概述¾LED驱动电源技术特点¾LED驱动电源要求¾LED驱动电源发展趋势分析¾新技术探索与实践概述近年来，LED作为新一代绿色照明产品，获得了迅猛的发展。在LED大放异彩的同时，LED驱动电源则成为LED产业链发展的保障，LED电源的品质直接制约了LED产品的可靠性，因此，在LED产业链逐步完善的今日，LED驱动电源的成熟也至关重要。就LED电源企业而言，100W左右大功率电源市场的增幅将会有很大的提升。源于100W左右的LED光源与传统照明光源相比有着更突出的性价比，以及很快形成产业规模的LED路灯和景观照明市场。由于LED是特性敏感的半导体器件，又具有负温度特性，因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了驱动的概念。LED器件对驱动电源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2～3伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。国际市场上国外客户对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，设计一款好的电源必须要综合考虑这些因数，因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。概述•但是在市场一片繁荣的背景下，LED产品质量良莠不齐，对驱动电源的要求混乱。市场上LED产品如火如荼的发展态势下，就LED驱动电源企业而言，目前面临几个挑战。首先是驱动电路整体寿命，尤其是关键器件如电解电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命。其次是LED驱动器应挑战更高的转换效率，尤其是在驱动大功率LED时更是如此，因为所有未作为转换输出的功率都作为热量耗散，电源转换效率的过低，影响了LED节能效果的发挥。第三，以大调光比高效率地对LED调光，同时能够保证在高和低亮度时颜色特性恒定。同时要降低成本，目前在功率较小(1～5W)的应用场合，恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1/3，已经接近了光源的成本，一定程度上影响了市场推广。¾概述¾LED驱动电源技术特点¾LED驱动电源要求¾LED驱动电源发展趋势分析¾新技术探索与实践LED驱动电源技术特点•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。•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构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。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。LED驱动电源技术特点•高功率因素，功率因素是电网对负载的要求。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，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。•宽电压输入，适合不同地区的电压输入范围，110V、120V、200V、220V、240V、277V。LED驱动电源技术特点•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LED驱动电源具有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。LED驱动电源技术特点•保护功能，具备开路保护、短路保护、过电压、过电流保护、过温度保护。•较低的浪涌电流，防止多个电源开启瞬间产生过大的浪涌电流。•符合安规和电磁兼容的要求。•防护方面，灯具外安装型，电源结构具有防水、防潮，外壳要耐晒。¾概述¾LED驱动电源技术特点¾LED驱动电源要求¾LED驱动电源发展趋势分析¾新技术探索与实践LED驱动电源技术特点•LED特性曲线•电压小变化导致电流的大变化•随温度增大向左移动LED驱动电源技术特点•LED特性曲线LED驱动电源技术特点•LED特性曲线LED驱动电源的要求LED驱动电源要具有与LED相匹配的使用寿命LED寿命方面，虽然单颗LED本身的寿命长达10万小时，但其应用时必须搭配电源转换电路，故LED照明器具整体寿命必须从光电整合应用加以考虑。但对照明用LED,为达到匹配要求，电源与驱动电路的寿命必须超过10万小时，使其不再成为led照明系统的瓶颈因素。在考虑长寿命的同时又不能增加太多的成本，驱动电源的寿命与成本的通常不宜超过照明系统总成本的三分之一，在LED照明灯具产品发展的初期，必须平衡好电源与驱动电路的寿命与成本的关系。电源故障是一个多因素综合作用的结果，其中有不少是由灯具企业设计的不合理造成的。想要有效降低电源的故障，还需要电源企业和灯具企业加强互动。LED驱动电源的要求LED驱动电源要具有“高”的恒流精度实验证明，驱动电源的恒流精度对LED的使用寿命是有影响的。我们的对比实验证明，采用纹波系数大的驱动电源的LED光衰也大。LED驱动电源要具有“更高”的转换效率当前LED的发光效率一般在120LM/W左右，整灯光效一般在80‐90LM/W左右，影响整灯光效的一个关键因数就是电源的转换效率。LED灯具要替代传统灯具，必须在整灯光效上要大幅度超越传统灯具，凸显其节能经济效益，才能保证LED灯具产业的快速发展和快速普及。LED驱动电源的要求LED驱动电源要具有“低”的启动电流当非常多个LED灯具同时启动时，启动电流产生的浪涌会产生很大的负面影响，不仅可能造成自身的启动困难，而且会对电网产生危害。LED驱动电源要具有“更低”的系统造价随着LED芯片技术的成熟，价格已经大幅度下降，可以肯定，后续会继续下降。目前LED驱动电源在LED灯具成本中的占比大多接近三成，这也就对LED驱动电源提出了更加严格的成本控制要求，市场需要成本更低的解决方案。LED驱动电源的要求9全电压输入范围：100‐270V；9输出电流可调；9支持多种调光方式；DC1‐10V;DALI;PWM;分时调光……9认证：UL  CE  CSA  CQC  PSE……。LED驱动电源要具有通用性LED驱动电源的要求LED温度负反馈在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。使得LED模组可以工作在限定温度下，确保LED模组使用寿命可控。软启动，使得LED灯具在启动过程中有一个渐亮的过程，防止突然亮灯对人眼的刺激；参数设定，可通过软件接口设置电源的各项工作参数；运行监控，可通过软件接口实现对电源工作状态的监控，包括采集工作电流、电压、温度及预设参数；远程监控，支持通过软件接口实现远程开、关，参数设置、运行监控；诊断检测，可通过软件接口进行自我诊断与检测。LED驱动电源要具有智能管理功能LED驱动电源的要求LED驱动电源要具备模块化、标准化由于目前LED电源还缺乏强制性的统一标准，市面上的电源各自为政，单路、多路、尺寸不一，导致很多问题出现。无标准导致客户提出诸多定制类产品，而这些'个性化'产品往往缺少专业性，会导致故障频频。‘个性化’产品，往往缺乏维护性，缺乏足够的备品、备件支持，后续维修困难，故障后难以找到替代品。LED驱动电源应实现产品兼容、可互换，实现模组化、规格化和标准化。¾概述¾LED驱动电源技术特点¾LED驱动电源要求¾LED驱动电源发展趋势分析¾新技术探索与实践LED驱动电源发展趋势以前常见LED驱动电源方案都是从通用开关电源借用过来的,真正为LED光源设计的驱动电源IC还不多,但从目前各IC大厂的产品来看，针对性的新产品已经应市，产品质量、性能均有提升，方案也更加灵活。纵观LED光源驱动电源技术,有三类驱动IC将是发展趋势：第一种是高压工艺生产的DC/DCBuck,Vin宽至DC60~100V.恒流精度达1%.将能满足所有直流LED灯具驱动的需要,可满足LED光源多串少并技术的需要；第二种是离线式AC/DC的应用电路，具有简洁、应用成本低、能过EMI、CE、UL的高效率谐振半桥(LLC)+PFC拓扑结构驱动电源；第三种是功率因数校正((PFC)+脉宽调控(pwM)两种平均电流模式控制器组成新的AC/DC驱动电源，它们将在新一代LED灯具显现其强大生命力,以充分发挥零电压开关拓扑结构(ZVS)的优势,和满足LED灯具对PFC(功率因素较正)日益提高的要求,并要求在较低的功率等级(如50w)时能提高效率90%.宽电压输入、短路和过功率保护、开路保护、较低的总谐波失真(THD)是基本的要求。LED驱动电源发展趋势•LED驱动电源未来将朝系统化、集成化和智能控制方向发展；•提高产品可靠性，降低成本的系统设计方案将得到推广。•“高”、“轻”、“小”将是发展的方向。•驱动电源与灯具或模块的一体化设计，也将是发展的方向。（zhaga）LED驱动电源发展趋势•智能化：随着技术的发展，LED灯具的设计越来越能发挥其体积小、发光效率高等特点，无论是从外观还是从性能上都和传统灯具有着鲜明对比。如调光技术不但能使LED发出五颜六色的光，而且还能随心所欲地调节亮度，甚至是变换发光区域，照明体现高品质化。LED驱动电源作为其必需的驱动部件，从外形、调光功能及安装方式等方面必将跟随灯具设计的脚步，越发成熟和灵活并兼具智能控制功能。当LED负载电流因各种需求而发生变化时，初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。也就是说，设计带有智能控制功能的LED驱动电路，可以使得LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上，从而实现照明系统的智能化控制。LED驱动电源发展趋势•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，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。LED驱动电源发展趋势•基于多路恒流模式的直流集中供电解决方案和高压直流集中供电解决方案，已经受到更多的关注。•直流集中供电，具有系统可靠性高，效率高，成本低的特点。•系统化、模块化、智能化的设计，使系统的易用性、可维护性大幅度提升，管理、维护成本大幅度降低。LED驱动电源发展趋势•线性高压电源解决方案。相比与高频开关电源，线性高压方案的优点主要有：一.省去了输入电解电容、输出电容，是一种无电解电容的线路。电解电容寿命是电源寿命的瓶颈，省去了电解电容，驱动电源寿命就延长了。二. 电路工作在工频线性模式，不是工作在高频模式，省去了高频电感，同时没有EMI的问题，省去了EMC电路。三，省去了高频电感等外围元件，进一步降低成本。。LED驱动电源发展趋势•“轻小”：相对于传统灯具，LED灯具因其光源轻、小等特点使得其设计空间变得非常广阔。而LED驱动电源为匹配灯具外观，其设计亦将愈趋轻小，以便于安装和保持灯具完整性。。¾概述¾LED驱动电源技术特点¾LED驱动电源要求¾LED驱动电源发展趋势分析¾新技术探索与实践直流集中供电LED驱动解决方案AC/DCPFCCCCCCCCCCCCCCCCCCCRPSABCNCV ModeCC DriverCC DriverCC DriverDC+DC‐9高性能；9高可靠性；9长寿命；9低成本。直流集中供电LED驱动解决方案RPS电源系统：冗余备份；自动负载均衡；模块化结构，平滑扩展；支持热插拔，智能管理。直流集中供电LED驱动解决方案平衡负载：三相四线供电，自动实现负载均衡，大幅度降低电缆费用，简化设计、施工，降低施工费用。直流集中供电LED驱动解决方案工程案例：2800平米车间及三条生产线，两年零故障、零维护。分布式直流集中供电LED驱动解决方案CCCCCC DriverAC/DC CV ModeLNDC+DC‐CCCCAC/DC CV ModeLNDC+DC‐CCCCCC DriverAC/DC CV ModeLNDC+DC‐CCCCAC/DC CV ModeLNDC+DC‐ABCN9较高