常見的led路燈或工礦燈大都采用隔離式低電壓、大電流電源驅動。這類驅動一般都用反激或LLC拓撲,它的電路復雜,調試麻煩,系統自耗較大效率提升空間小,輸出匹配不靈活,維修不方便費用也高。
高效率是 LED照明產品對驅動電源的基本要求。因為LED的發光效率低且隨著LED溫度的升高而下降,所以高效率低溫升和LED自身的散熱是非常重要的。最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋,防止LED溫度過高。
高功率因素功率因素是電網對負載的要求。現在一般要求5W以上的LED燈PF>0.7,但不是強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網的影響不大,但同類負載太多或太集中,也會對電網產生較嚴重的污染。
LED自身抗浪涌的能力比較差,特別是抗反向電壓能力,這方面的保護也很重要。由于電網負載的頻繁開關和雷擊的感應,電網系統會侵入和產生各種浪涌,有些浪涌會導致LED的損壞。因此LED驅動電源要有抑制浪涌的功能,保護LED不被損壞。
驅動電源要符合安規和電磁兼容的要求。使用壽命要與LED的壽命相適配。
綜上,分析綜合LED驅動隔離和非隔離兩種電源的優劣。以非隔離電路簡單,效率高,發熱低,調試方便,負載匹配靈活,電流可控且精度高;二是成本上也比較有優勢。設計了一款適合路燈和工礦燈的LED非隔離、高PF的驅動電源。生產近2000套,經冬、春、夏3季連續使用至現在還未有一例返修,故分享大家。
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方案框圖:
燈珠 模組 |
燈珠 模組 |
熱保護 反饋 |
BUCK 非隔離電流控制模塊 |
BUCK 非隔離電流控制模塊 |
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原理圖:
(輸入、防浪涌、濾波、整流電路)
(APFC控制電路)
(BUCK非隔離電流控制、熱保護反饋)
電源板圖:
(實際板圖和原理圖略有改動)
本款電源中兩個BUCK恒流控制模塊為并列方式,采用同步控制使芯片工作一致。兩路輸出電流差可微調至0.5~1mA。
一般非隔離電源在批量出貨時返修率較高,很多都是炸壞。實際上這個現象的根源是電網侵入、產生的浪涌電壓所致,如雷擊浪涌。這種電壓疊加在電網的瞬間高壓,有時高達三、四千伏以上,雖然時間很短,但能量卻極強。對于非隔離BUCK電路,會瞬間傳到輸出,擊壞恒流控制芯片、MOS管、直通燒掉整條燈管。
在設計時按非隔離的這個缺陷,加強了防浪涌功能,在輸入濾波增加壓敏元件,直流輸出端增加NTC元件。但最重要的還是采用了獨立的APFC電路,整體提高了防浪涌、諧波干擾能力,整機的總諧波失真低于10% 。在 90—265V電壓內,功率在80—120W范圍,PF值大于0.98—0.999 。
LED的電流特性確定了BUCK非隔離電路在功率輸出方面的靈活性優勢。在設計大功率電源前,成功地設計了8—18W、2x18W小功率非隔離日光管電源。以18W為例,當時流行288燈珠方案,而我的非隔離僅用2835燈珠90粒,而且發熱低無閃爍,大大降低了成本,這款產品經大量長期使用還沒有發現設計缺陷方面損害。非隔離方式可以靈活設計不同輸出功率的LED燈珠模組(串、并組合),APFC電路直流輸出電壓可用控制在380—450V范圍,當輸出電流一經確定,功率就只與燈珠數量相關了(在系統功率范圍內),當然、燈珠的質量和參數一致性就顯得比較重要了。本款電源負載采用1-3W通用燈珠,100W 2x28粒,電流2x550mA ,120W2x30粒,電流2x620mA,長時間工作穩定可靠。根據實驗調試,此電源最低可用調整到2x40W,最高可調整到2 x75W穩定工作,且溫升均低于同功率隔離電源。
由于電源設計設計短,保護和反饋控制還比較簡單,沒有考慮調光和智能控制,還需要在今后逐步給予完善升級。作為大功率LED模塊化輸出,這僅是個嘗試,但有了這個基礎,就還可以探索走的更遠一些…路漫漫其修遠兮吾將上下而求索。
敬請各位同行斧正指教 謝謝!