常见的led路灯或工矿灯大都采用隔离式低电压、大电流电源驱动。这类驱动一般都用反激或LLC拓扑,它的电路复杂,调试麻烦,系统自耗较大效率提升空间小,输出匹配不灵活,维修不方便费用也高。
高效率是 LED照明产品对驱动电源的基本要求。因为LED的发光效率低且随着LED温度的升高而下降,所以高效率低温升和LED自身的散热是非常重要的。最好在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高。
高功率因素功率因素是电网对负载的要求。现在一般要求5W以上的LED灯PF>0.7,但不是强制性指标。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,但同类负载太多或太集中,也会对电网产生较严重的污染。
LED自身抗浪涌的能力比较差,特别是抗反向电压能力,这方面的保护也很重要。由于电网负载的频繁开关和雷击的感应,电网系统会侵入和产生各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的功能,保护LED不被损坏。
驱动电源要符合安规和电磁兼容的要求。使用寿命要与LED的寿命相适配。
综上,分析综合LED驱动隔离和非隔离两种电源的优劣。以非隔离电路简单,效率高,发热低,调试方便,负载匹配灵活,电流可控且精度高;二是成本上也比较有优势。设计了一款适合路灯和工矿灯的LED非隔离、高PF的驱动电源。生产近2000套,经冬、春、夏3季连续使用至现在还未有一例返修,故分享大家。
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方案框图:
灯珠 模组 |
灯珠 模组 |
热保护 反馈 |
BUCK 非隔离电流控制模块 |
BUCK 非隔离电流控制模块 |
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原理图:
(输入、防浪涌、滤波、整流电路)
(APFC控制电路)
(BUCK非隔离电流控制、热保护反馈)
电源板图:
(实际板图和原理图略有改动)
本款电源中两个BUCK恒流控制模块为并列方式,采用同步控制使芯片工作一致。两路输出电流差可微调至0.5~1mA。
一般非隔离电源在批量出货时返修率较高,很多都是炸坏。实际上这个现象的根源是电网侵入、产生的浪涌电压所致,如雷击浪涌。这种电压叠加在电网的瞬间高压,有时高达三、四千伏以上,虽然时间很短,但能量却极强。对于非隔离BUCK电路,会瞬间传到输出,击坏恒流控制芯片、MOS管、直通烧掉整条灯管。
在设计时按非隔离的这个缺陷,加强了防浪涌功能,在输入滤波增加压敏元件,直流输出端增加NTC元件。但最重要的还是采用了独立的APFC电路,整体提高了防浪涌、谐波干扰能力,整机的总谐波失真低于10% 。在 90—265V电压内,功率在80—120W范围,PF值大于0.98—0.999 。
LED的电流特性确定了BUCK非隔离电路在功率输出方面的灵活性优势。在设计大功率电源前,成功地设计了8—18W、2x18W小功率非隔离日光管电源。以18W为例,当时流行288灯珠方案,而我的非隔离仅用2835灯珠90粒,而且发热低无闪烁,大大降低了成本,这款产品经大量长期使用还没有发现设计缺陷方面损害。非隔离方式可以灵活设计不同输出功率的LED灯珠模组(串、并组合),APFC电路直流输出电压可用控制在380—450V范围,当输出电流一经确定,功率就只与灯珠数量相关了(在系统功率范围内),当然、灯珠的质量和参数一致性就显得比较重要了。本款电源负载采用1-3W通用灯珠,100W 2x28粒,电流2x550mA ,120W2x30粒,电流2x620mA,长时间工作稳定可靠。根据实验调试,此电源最低可用调整到2x40W,最高可调整到2 x75W稳定工作,且温升均低于同功率隔离电源。
由于电源设计设计短,保护和反馈控制还比较简单,没有考虑调光和智能控制,还需要在今后逐步给予完善升级。作为大功率LED模块化输出,这仅是个尝试,但有了这个基础,就还可以探索走的更远一些…路漫漫其修远兮吾将上下而求索。
敬请各位同行斧正指教 谢谢!