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4种LED日光灯驱动方案优缺点分析

2010-07-06 16:15
木中君
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  业内人士都知道,LED日光灯将成为新一代节能环保照明灯,但是现在全国每年顶多生产几十万支LED日光灯,而且大部分是出口,国内使用寥寥无几,其实最主要的问题是价格问题,一个普通的节能荧光灯光十几元钱就搞定了,而一根LED日光灯管得上百块。所以目前的日光灯管主要是以商业照明为主。因为商业照明更多的会考虑到节能、环保、形象、政府方面支持等。

  但现在LED日光灯产品质量参差不齐,有的连荧光灯的寿命都比不上,中看不中用,随着用户对LED日光灯产品认识越来越深,LED日光灯厂家还需要解决以下几个问题:

  第一. 驱动电源的恒流驱动问题。目前大部分恒流源大都是总恒流(也就是多个并联灯串共用一个恒流源,因为LED灯珠之间阻值的差异性,所以每串灯的电流大小不同,任何一颗LED灯出现故障,都会影响其它灯串的电流,这样电流大的那些灯串光衰更严重,其使用寿命也会大大减短。)

  第二. 散热问题。这是LED日光灯管的使用寿命的核心问题之一。因目前各厂家大都跟风采用内置电源,以直接可以更换到荧光灯管支架上,这样您的整个电源所散发的热量和LED本身散发的热量都在一个铝外壳上散热,并且都在日光灯管内,这样的热量怎么处理?

  第三. 电源模块中电解电容使用寿命问题?就算我们采用超长寿命电解电容,在高温的情况下工作,它的寿命也无法与LED的寿命相平衡。但怎样来提供良好的工作温度,以达到最理想的使用寿命?
 
  第四. 电源模块的不稳定性和产品安全性认证能否通过的问题?目前市场上大部分厂家采用的是高压的非隔离方案,和高压反击式天关电源方案,因为内置体积十分有限(要放进灯管内),所以一般在设计时,很难把电源做到稳定。并且目前各个国家对安全认证方面都比较严格,对于高电压的电源供电的安全认证方面比较难通过。

  其实以上问题最要主要的根源还是在内置电源所产生的!

  下面是一些专业人讲述的内置电源和外置电源设计的日光灯管的性能方面进行比较:

  LED日光灯的电源分为内置式和外置式两种。所谓内置式就是指电源可以放在灯管内部。这种内置式的最大优点就是可以做成直接替换现有的荧光灯管,而无需作任何改动。所以内置式的形状都是做成长条形,以便塞进半圆形的灯管中去。

  下面先介绍两种内置式,非隔离型和隔离型。

  非隔离式恒流电源

  非隔离是指在负载端和输入端有直接连接,因此触摸负载就有触电的危险。

  目前用得最多的是非隔离直接降压型电源。也就是把交流电整流以后得到直流高压,然后就直接用降压(Buck)电路进行降压和恒流控制。其电原理图如下图所示:

非隔离LED驱动电源原理图
                   
图1. 非隔离恒流源的电路原理图


  这种非隔离式电源的主要技术特点:从18V到450V的宽电压输入范围,恒流输出;采用频率抖动减少电磁干扰,利用随机源来调制振荡频率,这样可以扩展音频能量谱,扩展后的能量谱可以有效减小带内电磁干扰,降低系统级设计难度;可用线性及PWM调光,支持上百个0.06W LED的驱动应用,工作频率25KHz-300KHz,可通过外部电阻来设定。

  非隔离恒流源的优点是简单、指标高,它的输出电流可以按LED串并联的个数决定。但是大多数情况下,它的输出电流不能太大,输出电压也不能太高。例如264个小功率LED连接成22个串联,12串并联,每串20mA,一共240mA。体积也可以做得很小,通常是做成长条形的,以便放进T10或T8的管子里。假如每串的电流是30mA,12并就是360mA。在有些非隔离的电源中就无法实现,为了保持总电流240mA不变,就只能改成8串并联。但假如LED的总数不变,就要求串联的数目增加到33个。这时候总电压就会增加到108.9V。但是通常这种非隔离恒流源的允许的最高输出电压是80V。只能维持原来的22串,这样LED的总数就只能是176颗,即使采用30mA,其总流明数有可能不能满足要求。

LED日光灯驱动

图2. 非隔离降压式恒流源的外形照片


  通常其效率大约在88-90%之间,功率因素大约在0.88-0.92之间。

  然而这种非隔离电源也有一些局限性,因为非隔离的电源会把交流电源的高压引入到负载端,从而引起触电的危险。通常LED和铝散热器之间的绝缘也就靠铝基板的印制板的薄膜绝缘。虽然这个绝缘层可以耐2000V高压,但有时螺丝孔的毛刺会产生所谓的爬电现象,使得难以通过CE认证。

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