LED电源是什么

小嘿QA2020-04-15 19:50:03阅读(...)

LED电源是电源中的一种,是向电子设备提供功率的装置,也是电源供应器。是通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置,这个装置就叫做整流电源,也叫驱动电源。把能提供信号的电子设备叫做信号源。

LED电源是电源中的一种,是向电子设备提供功率的装置,也是电源供应器。是通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置,这个装置就叫做整流电源,也叫驱动电源。把能提供信号的电子设备叫做信号源。锂电池、干电池、整流电源、信号源有时也叫做电源。电池分±级。

LED电源是什么

LED 电源介绍

把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。

发电机能把机械能、化学能等转换成电能,干电池能把化学能转换成电能。

电池本身并不带电,它的两极分别有正负电荷,由正负电荷产生电压(电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的),电荷是广泛存在于导体中的导电的离子,要产生电流只需要加上电压即可。

当电池两极接上导体时为了产生电流而把电荷释放出去,当电荷散尽时干电池等叫做电源;通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。

LED 电源是恒流源,一般开关电源是恒压源。

工作原理:LED 对电源的供给有 2 个方面的要求,首先要求输出电压>LED 的导通电压,其次是要求工作电流稳定,并且不能大于 LED 的额定电流。当 LED 的工作电流超过额定电流时,LED 会很快出现衰老损坏。因此 LED 使用的电源必须具有恒流功能。

在设计 LED 用的开关电源,首先确定 LED 的电流,然后根据使用灯珠的串联数量来确定电源电压。设计时以电流作为主要工作参数,电压为辅助参数。

用途

LED 电源广泛应用于路灯、隧道灯、LED 地砖、LED 点光源、LED 格栅灯、LED 室内灯、LED 天花灯、楼宇、路桥、广场建筑设施、草坪灯、幕墙灯、LED 洗墙灯,台灯 酒店 体育场 LED 植物灯 水族灯等;

信息平面显示有 LED 显示屏、显示板、动态广告牌、模拟动画、体育场馆、车厢内的指示灯及内部阅读灯、车外的刹车灯、尾灯、转向灯、侧灯、防爆灯具、矿业生产中的矿灯等。

设计

LED 驱动电源的设计并不难,但是心里一定要先规划好。

只要做到调试前计算,调试时测量,调试后老化,相信谁都可以搞好 LED。

1、LED 电流大小

大家都知道 LEDripple 过大的话,LED 寿命会受到影响,影响有多大,也没见过哪个专家说过。

2、芯片发热

这主要针对内置电源调制器的高压驱动芯片。

假如芯片消耗的电流为 2mA,300V 的电压加在芯片上面,芯片的功耗为 0.6W,当然会引起芯片的发热。驱动芯片的最大电流来自于驱动功率 MOS 管的消耗,简单的计算公式为 I=cvf(考虑充电的电阻效益,实际 I=2cvf,其中 c 为功率 MOS 管的 cgs 电容,v 为功率管导通时的 gate 电压,所以为了降低芯片的功耗,必须想办法降低 c、v 和 f。

如果 c、v 和 f 不能改变,那么请想办法将芯片的功耗分到芯片外的器件,注意不要引入额外的功耗。再简单一点,就是考虑更好的散热吧。

3、功率管发热

关于这个问题,也见到过有人在论坛发过贴。

功率管的功耗分成两部分,开关损耗和导通损耗。

要注意,大多数场合特别是 LED 市电驱动应用,开关损害要远大于导通损耗。

开关损耗与功率管的 cgd 和 cgs 以及芯片的驱动能力和工作频率有关,所以要解决功率管的发热可以从以下几个方面解决:A、不能片面根据导通电阻大小来选择 MOS 功率管,因为内阻越小,cgs 和 cgd 电容越大。

如 1N60 的 cgs 为 250pF 左右,2N60 的 cgs 为 350pF 左右,5N60 的 cgs 为 1200pF 左右,差别太大了,选择功率管时,够用就可以了。 B、剩下的就是频率和芯片驱动能力了,这里只谈频率的影响。

频率与导通损耗也成正比,所以功率管发热时,首先要想想是不是频率选择的有点高。

想办法降低频率吧!不过要注意,当频率降低时,为了得到相同的负载能力,峰值电流必然要变大或者电感也变大,这都有可能导致电感进入饱和区域。

4、工作频率降频

这个也是用户在调试过程中比较常见的现象,降频主要由两个方面导致。输入电压和负载电压的比例小、系统干扰大。

对于前者,注意不要将负载电压设置的太高,虽然负载电压高,效率会高点。

对于后者,可以尝试以下几个方面:

a、将最小电流设置的再小点;

b、布线干净点,特别是 sense 这个关键路径;

c、将电感选择的小点或者选用闭合磁路的电感;

d、加 RC 低通滤波吧,这个影响有点不好,C 的一致性不好,偏差有点大,不过对于照明来说应该够了。

无论如何降频没有好处,只有坏处,所以一定要解决。

5、电感或者变压器的选择

相同的驱动电路,用 a 生产的电感没有问题,用 b 生产的电感电流就变小了。

遇到这种情况,要看看电感电流波形。

有的工程师没有注意到这个现象,直接调节 sense 电阻或者工作频率达到需要的电流,这样做可能会严重影响 LED 的使用寿命。

所以说,在设计前,合理的计算是必须的,如果理论计算的参数和调试参数差的有点远,要考虑是否降频和变压器是否饱和。

变压器饱和时,L 会变小,导致传输 delay 引起的峰值电流增量急剧上升,那么 LED 的峰值电流也跟着增加。在平均电流不变的前提下,只能看着光衰了。

电源寿命

LED 芯片和电源装在一起,一般空间狭小,散热条件差,如何保证 LED 电源质量和寿命,就要从设计前就开端思忖,从而避免 LED 电源很快失效,可以说 LED 电源寿命是制约着 LED 发展的关键。

这是一下需要系统设计和考虑的综合问题。

我们认为影响 LED 电源寿命的性能包括环境特征,部件和电力待征,综合有以下方面:

1、实际应用环境的影响:高湿环境、高温环境、多尘环境、强磁环境、震动环境

2、灯饰温度环境的影响:灯饰内温小于 65 度、灯饰外壳小于 75 度、电源温度小于 60 度

3、供电电网的影响:不稳定电网的电压输入会对 LED 电源的部件造成冲击,从而影响 LED 驱动的使用寿命脉。

4、绝缘和安装的影响:产品的正确安装和良好的绝缘会增强 LED 电源的应用力。

5、电解电容的影响:电解电容器的封口部位会漏出气化的电解液,这种现象会随着温度的升高而加速,一般认为温度每上升 10℃,泄漏速度会提高至 2 倍。

因此可以说电解电容器决定了电源装置的寿命。

如果选用 105 度,寿命为 10000 小时的高温电解电容,根据通行的电解电容寿命估算公式“每降低 10 度,寿命增加一倍”,那么它为 95 度环境下工作寿命为 20000 小时,在 85 度环境下工作寿命为 40000 小时。

LED 驱动电源的正常工作寿命要取决于电源所使用的电解电容的寿命,电解电容的寿命又取决于电容本身的寿命及工作温度。

电容温度 65℃时的寿命只能保证约 8 万小时;电容温度 75℃时的寿命只能保证约 4 万小时;电容温度 85℃时的寿命只能保证约 2 万小时;电容温度 95℃时的寿命只能保证约 1 万小时;从以上的推算:电解电容温度每上升 10℃,寿命将会减半。

6、开关次数的影响:多数电源设有电容器输入型的整流回路,在通入电源时,会产生浪涌电流,导致开关接点疲劳,引发接触电阻增大及吸附等问题。理论上认为,在电源期望寿命期间,开关的通断次数约有 10000 次。

7、冲击电流保护电阻、热敏功率电阻的影响:为抵搞电源通入时产生的冲击电流,通常电源的设计将电阻与 SCR 等元件并联起来使用。

电源通入时的电力峰值高达额定数值的数十倍至数百倍,结果导致电阻热疲劳,引起断路。处在相同情况下的热敏功率电阻器也会产生热疲劳现象。

隔离与非隔离

在一般的 LED 照明市场上,存在非隔离设计和隔离型驱动电源之分。

非隔离设计仅限于双绝缘产品,例如灯泡的替代产品,其中 LED 和整个产品都集成并密封在非导电塑料中,因此,最终用户并没有任何触电的危险。

二级产品都是隔离型的,价格相对比较昂贵,但在用户可以接触到 LED 和输出接线的地方(通常在 LED 照明和路灯照明应用的情况下),这种产品必不可少。

带隔离变压器或者电气隔离的 LED 驱动电源意味着 LED 可以直接用手接触而不会触电。

而无隔离变压器的 LED 驱动电源虽仍可以借助防护外壳实现部分机械绝缘,但此时的 LED 在工作时并不能直接接触。

绝缘型灯泡在今后将成为主流

物理设计决定着驱动器是隔离式还是非隔离式。

安全规则通常要求使用两个独立的隔离层。

设计师可以选择两种物理隔离层,即塑料散光罩和玻璃护罩,并使用非隔离式电源。如果物理隔离成本太高、存在机械困难或者吸收太多光,就必须在电源中解决电气隔离问题。

隔离式电源通常要比同等功率水平的非隔离式电源大一些。照明灯设计师必须在他们所设计的每款产品中进行大量的成本及设计优化工作。

由于适用于不同的应用,是采用隔离的绝缘变压器还是采用隔离的防护灯罩外壳,设计者在不同的角度考虑永远会有不同的见解。

通常,他们会从多方面去分析,例如成本与制造工艺、效率和体积、绝缘可靠性和安全规范的要求,等等。带变压器的驱动成本较高,但也相应让 LED 灯具变得更加实用,能够满足终端用户偶然接触 LED 的需要。当白炽灯玻璃外壳很容易被损坏时,一个 E27 型号的普通灯泡可被替换成为 LED 灯。

此外,在工业区或者是办公设备应用中的灯具并不需要接触到终端用户,如路灯和商场照明,这时的 LED 灯也确实需要隔离变压器。

作为一个让最终用户能安全使用的产品,一定会考虑绝缘与隔离的可靠性。

作为完整的产品,产品表面使用者能接触到的部分一定要经过隔离,不能让人触电。而从产品整个系统而言,隔离是不可避免的,区别只是设置隔离的位置不同。

有些设计者采用隔离的变压器设计,因此他们可以简化散热和灯罩的设计。如果用非隔离的驱动设计,在灯壳等结构上就必须考虑可靠的绝缘要求。因此作为电源驱动,隔离与非隔离的方案一直都同时存在。

中国 LED 驱动电源制造商们可能面对的主要挑战是找到低成本的 AC/DC 驱动器,从而满足在低成本电源系统中实现更严格的功率因子和效率表现。

未来,在空间受限且存在散热困难的系统(比如 LED 灯具)中使用高质量、高可靠性的电源,将不再免费。然而,在最终用户使用过许多某款寿命在 10,000 小时左右的灯泡之前,要想证明其质量高是相当困难的事情。

基于变压器的隔离型 LED 驱动电源将是主流

隔离和非隔离 LED 驱动电源方案各有优缺点。

业内人士认为,ClassII 将是主流,因为它简化了 LED 散热问题。ClassI 或 II 系统依赖接地系统,在大多数情况下,跟安装地点很有关系。

ClassII 较常见,它要求双级或加强型隔离,也即需要变压器磁性绕组、绝缘带和物理隔绝。ClassI 系统要求一个接地外壳和(或)机械障碍,而这时 ClassII 系统不需要的。

有好几个趋势正在推动 LED 照明市场的发展。首先是高亮度 LED 效率的不断改善和非常高效率的高可靠性恒流 LED 驱动电源的不断涌现,其次是全球立法禁止白炽灯照明(由于其低效率)和 CFL 节能灯的逐步淡出(如果打破的话,它会流出对环境有害的水银)。

这些因素综合起来正使得 LED 照明成为一个长期的发展趋势。

当然,低系统成本(包括 LED、热管理系统和 LED 驱动器)永远是消费者广泛采用 LED 通用照明的推动力。

事实上,在很多 LED 照明产品中,失效是一个常见现象,大多数是因为电源的失效,而不是 LED 的失效。在设计层面上,必须变成系统热设计的专家。

LED 提供高效率,但它们也比白炽灯或节能灯产生更多的传导热量。

由于许多 LED 照明应用封闭在一个很小的空间里,很难用通风的办法来散热。

如果没有仔细的热设计,LED 和电源驱动电路很容易因为高温而退化或永久失效。

电路介绍

直通电路

半桥和全桥是开关电源常用的拓扑结构,“直通”对其有很大的威胁,直通是同一桥臂两只晶体管在同一时间内同时导通的现象。

在换流期,开关电源易受干扰而造成直通,过大的直通电流会损坏用于逆变的电力电子器件。一旦出现直通现象,须尽快检测到并立即关断驱动,以避免开关器件的 PN 结积累过大的热量而烧坏。

辨别

1、驱动芯片:IC

驱动电源的核心就是 IC,IC 的好坏直接影响整个电源。

大厂的驱动 IC,都是寻找大型的封装厂来封装的;而小厂的驱动 IC 技术是直接抄大厂的驱动设计方案找小型的封装厂来封装,无法正常保障整批 IC 的一致性和稳定性,从而导致驱动电源在使用一段时间后莫名其妙的失效。

所以 LED 电源上的 IC,拒绝打磨,以便灯具厂家了解 IC 方案和核算驱动的成本,做到合理的价格采购电源产品。

2、变压器

控制芯片可视为电源的大脑中枢,而决定功率、耐温等是变压器。

变压器负责完成“交流电-磁能-直流电”,能量超载就会饱和炸机。

组成变压器的核心是磁芯和线包。

磁芯品质是变压器的核心,但是如同瓷器一般,极难辨别。

简易的外观辨别为:外观脆、密、亮,同时背面打磨气孔者为上品。

线包是由铜线绕组而成,使用铜线的品质是影响变压器的寿命的关键。

同样长度的铜包铝线材是纯铜线的 1/4 价格,由于成本压力导致的,往往变压器生产厂家就会参杂着铜包铝的线包的变压器在里面。

从而导致变压器温度升高的时候烧毁失效,导致电源和整灯失效。所以很多的灯具,特别的内置电源的灯具,往往会出货 6 个月左右出现炸机现象。

而怎么辨别这个铜线是纯铜线还是铜包铝呢?使用打火机点燃一下,快速烧断即为铜包铝。

也还可以测量线圈阻值来辨识。

3、电解电容和贴片陶瓷电容

其实输出电容的寿命对电源的寿命影响很大。

输出端有高达每秒 6 万次的开关频率,导致电容的寄生电阻发热加大,产生类似水垢的物质,最后电解液升温、爆浆。

推荐输出电解电容:采用 LED 专用电解,一般型号以 L 开头。

陶瓷电容:材质分为 X7R,X5R 和 Y5V,而 Y5V 的实际容值仅能达到实际的 1/10,标称容值仅指工作在 0 伏时。所以这个微小的贴片电阻,选项不良也会导致成本的价格差和极大缩短电源的寿命。

4、电源产品的电路设计和焊接工艺

设计优劣的判别:抛开专业的角度,可以通过一些直观的办法来分辨,如元件布局整齐、大方、有序、焊点亮净挺拔。

焊接工艺:手工焊接与波峰焊工艺,众所周知,机械化生产的波峰焊工艺品质肯定是好于手工焊接。辨别办法:背面是否有红胶。(锡膏工艺+焊接治具也可实现波峰焊,但是治具成本高)。

贴片的焊点检测仪器:AOI。

该设备可以检测出贴片过程中的虚焊、假焊、漏焊现象。

灯具在使用一段时间出现闪灯现象,基本上都是由于电源或者灯珠虚焊导致的。

而这个产品的虚焊检测,是极难通过老化检测的出来的,所以就必须依靠 AOI 来检测电源的贴片品质了。

5、电源产品的批量检测老化架和高温老化房

物料和生产工艺控制的再好的电源产品,还是需要检测老化的。

因为电子元器件和变压器的来料检测是很难管控的。

只有通过整个批次的电源的老化和高温房的高温抽检,来检测这个批次电源的品质稳定性和物料是否有安全隐患。

大批量高温抽检的作用:电源的失效是在千分之 1 至百分之 1 之间,只有数千只的高温老化才会发现这类失效。

高温房可模拟电源工作的恶劣环境,在加严条件下的抽检,可发现批量性问题,如设计不合理、原材料不良、推演灯具内的失效、高压开关冲击等。

常温长时间老化:筛选出虚焊、漏焊、碰撞等随机失效,滤除元件的早期失效,有效降低成品失效率(百分之一降至千分之一)。

收藏0个人收藏
走进科技生活方式

评论交流

泪雪默认头像请「登录」后参与评论
  1. 加载中..