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      LED面板燈驅動電源選用

      文章出處:責任編輯:查看手機網址
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      人氣:-發表時間:2018-01-02 16:37【

      LED面板燈(又叫LED平板燈)是嚴格意義上的第一款商用且成熟的LED燈具,它的結構和光學特性都是從LED技術出發,以全新的設計滿足照明需求的好產品。

      從誕生之初,超薄的結構、超高的光效、低光衰、長壽命成為了各廠商技術團隊的研發方向。從驅動電源角度看,LED面板燈大致經歷了以下幾個發展時期。

      LED面板燈,起初采用傳統格柵燈燈殼,用LED燈板替換T8燈管組件,做成直下式發光。驅動電源多為內置恒流電源。

      借鑒手機類背光方案,采用鋁型材+導光板+側發光結構的新型設計,真正意義上的LED面板燈誕生了。這個階段的驅動電源多采用恒壓式外置電源,以現有的適配器電源為主(75W以下的適配器電源PF值沒有要求,一般在0.5左右)。

      用恒壓適配器電源作為LED面板燈供電之用(通過LED燈板上的貼片電阻來達到恒定電流的目的),一來是為了采購和后續維護的便利性,二來是這個階段還沒有與之相匹配的成熟的LED恒流電源。

      2012年以來,隨著市場份額的擴大、燈珠光通量的提升,出于LED壽命和光效的考慮,LED恒流驅動電源被更廣泛的使用在LED面板燈上。賦予了LED面板燈更多的產品屬性和價值。
        
      首先,我們明確下LED驅動電源的一些基本概念。
        
      什么是PFC?
      PFC通俗的說就是功率因數校正,通過PFC電路,實現降低用電器對公共電網的諧波污染。出于節能減排的需要,展現LED照明產品的健康友好,世界范圍內的認證產品大都對LED驅動器的PF提出了明確要求。
        
      什么是頻閃?
      頻閃與頻閃效應是針對電光源,光通量的波動深度和由此產生的危害效應(稱為頻閃效應)大小的兩個互為因果的物理量。頻閃是指電光源光通量波動的深度。光通量波動深度越大,頻閃越嚴重。電光源光通量波動深度大小,與電光源的技術方案有直接關系。
        
      如何測試頻閃?
      人眼對60Hz以上的閃爍是不敏感的,LED恒流電源輸出端工頻一般在100Hz及以上。用CCD感光成像(手機、攝像機)采樣LED照明的測試方法并不一定準確,卻是一種簡單的測試方法。

      傳統測試方法是:在太陽光下,轉動黑白相間的陀螺儀,圖案會形成穩定的環狀,色環不會隨著轉動速度、旋轉方向而改變。在被測試光照下,轉動黑白相間的陀螺儀,觀察現象:如果圖案的顏色或者環狀結構發生變化,則說明光照存在頻閃,變化越明顯說明頻閃越厲害。但沒法對頻閃深度作出準確的評判。

      最科學測試方法是:使用光源頻閃測量系統(Light Flickering Analyzer),其核心是1臺采樣頻率10kS/s(每秒測試1萬次)的超快速光度計。掃描發光物的發光曲線(類似示波器),并計算閃爍指數等參數,得出光的波動深度(光紋波系數)。
        
      什么樣的波動深度是被接受的?
      無頻閃需求,是應市場的使用需要有針對性的開發的。目前在美規中有著明確的技術要求,但大部分市場還沒有統一的標準來嚴格要求光源的頻閃深度。目前有的客戶要求波動深度<8%,有的要求<5%,更有甚者要求<1% 。

      經過多年的發展,LED面板燈也由早期的商照擴展到了寬泛的民用照明。與之相匹配的恒流驅動電源也呈現出相對應的產品特性。大致分為以下幾個大類:
        
      一、民用照明

      ①無PFC的BUCK電路
      隨著LED民用照明市場的爆發式增長,LED燈具配套材料中的散熱器件和光源成本都下降明顯,LED驅動電源的成本壓力尤為突出。出于降低綜合成本和縮減尺寸的考慮,LED民用照明領域大部分都采用了非隔離內置MOS無PFC的BUCK電路。

      BUCK電路中,橋堆后面的電解電容的取值大小直接影響輸出的穩定性和紋波大小。BUCK電路無功率因數校正,故PF值大都在0.5左右,波形如下圖。體積小、低成本、高效率、無頻閃、紋波小是它的最大優點,最大的缺點是諧波較高。

      ②被動PFC(填谷電路)
        
      什么是被動PFC?
      被動PFC通俗來講,就是通過搭建一種電路,來提高電源的功率因數,以滿足使用的需要。用于LED照明的開關電源是一種常見的非線性負載,典型的開關電源首先會用整流二極管產生直流電壓,再由直流電壓產生輸出電壓。由于整流器為非線性元件,其輸入電流會有許多的高次諧波成份,歐盟為了提升功率因數,特在認證標準中設置了諧波含量的標準(一般LED照明設備需滿足THD<20%的最低要求)。

      如何降低被動PFC電路中的諧波含量?
      最簡單降低諧波電流的方式是使用只含有被動元件的濾波器,稱為被動功率因數校正或無源功率因數修正(passive PFC)。例如設計一濾波器,只讓基頻(50或60Hz)頻率的電流通過,濾波器可降低諧波電流,因此會使非線性元件的輸入電流會和線性元件比較接近。若要功率因數接近1,需要使用電容或電感。一般這類的濾波器需使用大電流的電感,其體積較大,難以滿足LED驅動電源的尺寸要求。采用電容組來校正負載的非線性設計——填谷電路就成了最佳方式。

      填谷電路采用兩個大的電容和三個二極管進行功率因素校正,同時吸收交流紋波。

      二、商業照明
        
      ①LED單級PFC電路
      優點:電路拓撲簡單,有BOM成本低,高PF,高效率,THD≤15% 。

      缺點:單級PFC因為前面沒有大電解,所以輸出有很高的兩倍工頻的紋波電流和紋波電壓;輸出濾波電容用得比較大;傳導輻射比較難處理;因沒輸入端有大電容,電路多直接暴露在電網中,抗雷擊能力差,需要接入抗雷擊浪涌電路抑制電網波動?!?br/>
      ②LED無頻閃技術之兩級電路
      隔離電源按照結構形式不同,可分為兩大類:正激式和反激式。反激式電源因其結構簡單,省掉了一個和變壓器體積大小差不多的電感,而在中小功率電源中得到廣泛的應用。

      以此為基礎,采用“主動PFC+反激式轉換器”的電路是實現無頻閃電源的高可靠性方案。因體積和成本的問題,這類架構主要用于LED中功率(30-100W)外置電源,實現無頻閃、低諧波、全電壓、高PF輸出。
        
      回到LED面板燈來看,功率因數的高低不會影響電源的有功功耗,提高功率因數更多的是出于降低電源對公共電網的用電壓力。影響燈具壽命的關鍵點是驅動電源的轉換效率、散熱結構的合理性、燈珠品質的一致性以及驅動電源的輸出紋波(紋波過大會造成燈珠嚴重光衰)。

      用于LED面板燈的最佳驅動方案是在認證的前提下,滿足高效率、高PF、低THD、無頻閃技術要求。但做到這些技術特性后,驅動電源的成本肯定是相對較高的,需要通過大批量制造,降低單品成本形成規模效應。

      對于以PWM技術為基礎的智控照明, 例如 IR/FR/ Wi-Fi/ Bluetooth/ Zigbee/2.4G…,實現了LED面板燈的調光、調色溫、藍牙音箱等功能,也實現了與互聯網和移動終端的互聯互通,但畢竟是新興的小眾市場。

      回歸到產品本身,穩定可靠的光輸出是產品的基礎。技術同質化燈具類產品的成本控制是不可回避的競爭點,在結構創新和燈珠成本都沒有太多可改善的情況下,升級LED驅動電源技術方案無疑是快速實現增加產品附加值的最有效方式。

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