【颜工专栏】漫话LED照明灯具技术

颜工

【颜工专栏】漫话LED照明灯具技术 [复制链接]

    作为第四代的照明灯具，LED 照明灯具一经推出就成为照明市场的宠儿，节能降碳、长寿命成为其经典的卖点。LED 高节能：节省能源无污染即为环保，直流驱动，超低功耗（单管0.03 瓦-1 瓦）电光功率转换接近 90%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 LED长寿命：LED光源被称为长寿灯，固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达 5 万到 10 万小时，比传统光源寿命长 10 倍以上。LED 利环保：LED 是一种绿色光源，环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 

    LED照明灯具不同于传统的照明灯具，它选用光电转换效率更高的LED平面光源，选用与光源匹配的专用低电压恒流源。因此 LED 照明灯具与传统照明灯具有完全不同的结构。现代 LED照明灯具由有机灯罩、光学透镜、LED光源阵列、LED 光源散热器、驱动恒流源、标准接口灯头等六部分组成。如图 1 所示。 
  
                          图 1    现代 LED照明灯具机电结构 
 
     今天 LED 照明灯具产业链发展相当迅速，LED照明灯具所需各种机电光学零件、LED光源、驱动电源的集成电路、塑料和金属模具、铝材的拉伸和铸造、表面处理等都已细分各专业公司精心设计制造。专业 LED 灯具厂的工作重点是内外销售渠道、新产品的创新设计开发，以满足客户需要为已任、为主业，实行以销定产的战略规划。
    室内照明是 LED照明灯具的海量市场。因此开发结构轻巧多变，LED光源功率在 3-30W，发光亮度相当于 15-100W的白炽灯、荧光灯的新一代 LED照明灯具是全球市场的呼唤，也是当今LED照明灯具企业的巨大商机。

创新造型与结构设计技术
    LED 照明灯具的基本结构雷同，大多由上述所指六部分组合设计而成，因此类似的产品在市场上会互相倾轧、低价竞争，唯有以造型新奇吸人眼球的产品才能独赢，创新的工业造型设计有利于企业在短时间内大批量生产。因此对于LED 灯具生产厂商来说，具有新奇创新造型设计思维的结构设计师团队无疑是公司的聚宝盆。从创新造型构思到完整的工业生产用结构零件图，是企业赢得新市场的法宝之一。一种新的 LED 灯具造型构思必须得到市场的认可，才具有去大批量生产的价值，因此 LED 灯具厂必须将创新造型构思的新产品先打样拿到市场上寻求客户的认可，以求得客户的订单，尔后才有大批量生产机会。但是并非所有的新构思都具有大批量生产的机会，也许是十里挑一，也许是百里挑一。 
    东莞和宁波的慈溪、宁海对新颖造型做手模的价格已低至企业自已养 CNC和熟练操作工的成本， 真是完整的产业链缩短了企业应对市场需求的时间和节省了企业积压资金的风险。 

LED 驱动恒流源技术
      LED 光源的基本工作原理决定它必须使用稳定的恒流源，过去一度使用的阻容降压、线性稳压、线性稳流都是对LED 光源性能有很大损害的。室内 LED 照明使用的是市电，通常是 AC100V或 AC220V，因此 LED照明
灯具要求使用 AC85-265V 的宽电压输入。使用开关电源原理的降压模式是既节能又经济有效的好办法，将通用的市电高压降至 LED 光源适用的低压再恒流是行之有效的电源变换技术。使用于此类开关电源的集成电路目前已经有很多种，但是室内照明用 LED 灯具其内部的空间都很小和十分有限，这就需要使用电源功能高度集成，而其应用电路简单、周边零件较少的新一代 LED 照明灯具专用驱动 IC，如PI 刚刚推出的适合设计隔离式电源方案的LinkSwitch-PH （图 2） ，用于 6-18W 灯具效率最高、用于 12-50W 灯具成本最低，与前一代 IC 相比可省去周边 22 个零件，节省空间和应用成本；以及适用于 3-16W 功率、输出350-1000mA电流 LED灯具用的 LinkSwitch-PL，   可适合设计非隔离式电源方案（图 3） ，也充分体现应用电路简单和低成本的新理念。因此，选择性能优越、技术先进的电源驱动 IC，是企业赢得新市场的法宝之二。LED 照明灯具能否过EMC、CE、UL、TUV等认证与驱动电源电路、及所用 IC有密切关系。 
   
                       图 2   适合设计隔离式电源方案的 LinkSwitch-PH


                     图 3   适合设计非隔离式电源方案 LinkSwitch-PL

LinkSwitch-PH 和 LinkSwitch-PL 产品系列都集成了单级功率因数校正(PFC)，可使 SSL照明具的功率因数达到 0.9以上。LinkSwitch-PH器件采用了初级侧控制技术，因此可省去传统反激式设计中常用的光耦器和众多辅助元
件。非隔离式 LinkSwitch-PL 设计可进一步减少元件数量，不仅能提升系统可靠性，还可降低物料清单 (BOM) 成本。这两种器件系列都采用单片设计总成方案–-将控制器和 MOSFET 集成到单晶片上，这样可以减少应用电路元件数量和省去控制器与功率 MOSFET 之间的寄生元件，因此可大大简化 PCB 布局。这些新的 LinkSwitch产品不仅能简化反激式电源设计，还可提高其效率，并且还能在高达 305 VAC的输入电压下工作，因此它们可以用来开发适合于全球各类种住宅及商业室内照明应用的单电压产品和通用输入产品。期待国内本土 IC设计公司尽早摆脱抄版、模仿的套路，希望能早日创新设计生产如 PI 这一代新产品，使中国成为名副其实的 LED照明灯具生产大国。

   
       
优先选用共模零配件
    现代 LED 照明灯具的有机灯罩、光学透镜、散热器、标准接口灯头等在新产品的设计初期都可选用中国强大的 LED 照明灯具产业链配套市场产品，为降低生产成本而优先选用共模零配件。 在客户认可的基础上可进一步设计自已公司独有而具专利的特色零配件。

LED 灯具长寿命的关键技术 
    LED 灯具长寿命的关键技术首先是选用上乘品牌的 LED 光源，如 CREE、OSRAM；LED光源的光衰与 LED管芯的质量和生产工艺、LED光源工作电流、散热有关，LED光源散热不畅将引起 LED 光源的光衰提前到来，散热一直还是LED 照明难以突破的技术瓶颈。其次是驱动电源少用和不用铝电解电容器，因为铝电解电容器只有 4000-12000 小时的寿命，大大影响了 LED灯具的长寿命这一卖点，因此选好电源的驱动 IC 成为关键的关键；铝电解电容器的寿命还与使用环境温度有很大关系， 环境温度升高电解质的损耗加快， 环境温度每升高 6摄氏度，电解电容器寿命就会减少一半。
                                                                   Alec     2010-8-2
 
 
参考资料 
1）《LED照明驱动电源设计技术》（PPT）     颜重光   2010‐05 
2）《LED  灯具驱动技术发展趋势分析》        颜重光  《高工LED》2010‐02 
3）  Power Supplies for Driving LED Lamps（PPT）  JPI  June 2010 
4）《背光及照明用LED驱动IC技术市场分析》    颜重光  EDN电源技术2008-3
5）  《实用LED台灯方案设计思考》             颜重光《照明》2009-10
 
                       
    

guangqiji

请教颜工，线性技术和驱动恒流源的区别：）

LED123

恒流驱动电路

  恒压供电的基本电路(图1左)采用反馈电阻RFB1和RFB2，当负载电流发生变化时，VFB也随之变化，DC/DC稳压器通过感知VFB的变化，使输出电压维持在一个固定的电平： 
V0=(VFB*(RFB1+RFB2))/RFB1 (1)

  在图1右边电路中，DC/DC稳压器的FB是高阻输入端，流经LED的电流IF为： 
IF=VFB/RFB (2)

  为保持IF恒定，DC/DC稳压器感知VFB，然后调整LED正端电压，使流经LED的电流保持恒定。这就是利用DC/DC稳压器FB反馈端实现恒压到恒流转换的原理。  LED灯具, led灯条,白光LED,LED路灯,LED发光二极管, LED照明,LED驱动,   

  一般来说，DC/DC稳压器对VFB的变化有一个感知的范围，一旦LED选定，其工作电流IF的大小也就确定了，所选的电阻要保证VFB落在DC/DC稳压器容许的范围内。  LED灯具, led灯条,白光LED,LED路灯,LED发光二极管, LED照明,LED驱动,   

  以VFB等于1.25V为例，假设IF分别为15mA、350mA和700mA，采样电阻的功耗将分别小于20mW、400mW和800mW。对于1W的LED来说，采样电阻的功耗分别占到总电源消耗的2%、40%和80%。因此，采样电阻的设计对提高LED的功效至关重要，它应该选取尽可能小的数值。  LED灯具, led灯条,白光LED,LED路灯,LED发光二极管, LED照明,LED驱动,   

  由于直接将RFB连接FB端会造成RFB的功耗过大，所以在FB端和RFB之间放置一个运算放大器，以放大RFB采集到的电压VTAP(图2)。 
IF=VTAP/RFB=(VFB/RFB)*(1+RF/RI) (3)

  通常，1W大功率LED的典型工作电流为350mA，如果选择RFB等于1欧姆，则RFB的功耗为：

  PRFB=I2*R=0.352*1=0.12W (4)

  考虑运算放大器本身的功耗，RFB及其附属电路的功耗大约为1W LED功率的12%。这样就能在确保LED获得恒流供电的同时，将RFB的功耗降低到可以接受的水平，从而使LED两端的电压尽可能大，流经的电流也尽可能大。国家半导体按照这个原理工作的稳压器有LM2736和LM2734。  LED灯具, led灯条,白光LED,LED路灯,LED发光二极管, LED照明,LED驱动.http://www.ledwv.com 

xiaoxin1

线性属于恒压吧
“恒流是电流固定，电压不固定，代表IC是74HC595

    恒压是电压固定，电流不固定，代表IC有MBI5026、TB62726

    对于显示屏来说，恒压比恒流更具稳定性，现在的大部分LED显示屏都是采用恒压的驱动IC
对于led，恒流比较好了。”