混合供电LED户外照明驱动器设计
2010NO.15 China New Technologies and Products 中国新技术新产品
工业技术
混合供电LED户外照明驱动器设计
姜俊旗
1引言
LED作为第四代新型光源，具有低电压供电、节能、使用寿命长等优点。其良好的抗震性能和适宜的数字化调光控制也是其他光源所无法超越的。太阳能是一种绿色环保、零使用成本的能源，通过光电转换实现发电，而LED通过电光转换而发光，这两个过程是互逆的绿色转换过程，使得太阳能电池技术与LED照明灯具成为天作之合，具有极高发展价值。随着LED 在发光效率和热阻方面的大大降低，其在照明市场将逐步广泛展开。但是目前太阳能电池的光电转化的电能还不足与应对多变的室外环境，因此太阳能发电与市电混合供电仍然是目前主流的方式，由于市电和太阳能蓄电池的电压以及电流属性的不同，因此必须高效的驱动设备保障太阳能发电的寿命和市电混合使用的智能管理。由于多变的户外环境，太阳能的利用率将受的限制，市电的电压的不稳定以及雷电感应、电网负载启停产生的浪涌等不可预测的环境因素导致驱动电源的寿命在4000H-6000H，本应用将着重混合供电在高效长寿命的驱动电源设计方面进行研究。
2设计方案
目前LED驱动器的可靠性较低，制约着LED在照明领域的发展，尤其太阳能发电和市电混合供电的驱动器，虽然其只占整个LED照明系统的成本为1/10左右，但是却是照明系统运作的指挥中枢，其对电流、温度等因素的实时反馈控制，保障着整个系统的稳定运作。由于大功率LED电流和电压关系同环境温度和生产工艺有关，在电压模式下容易产生电流失控，因此一般采用恒流驱动。
为实现与LED的匹配，必须从以下几点进行方案设计：
2.1恒流控制
由于LED正向工作时的结电压相对变化区域很小，因此保证驱动电流的恒定就保证了LED产生恒定的亮度。面对蓄电池电压的不断下降和公共电网的电压供应不稳定和恒流输出避免产生超功率输出以降低LED使用寿命。产生恒流源的一般方法为：
采用PWM开关电源方式，在输入电压变化、内部参数变化、外接负载变化的情况下，控制电路通过的被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，通过调节开关器件导通脉冲宽度使得被控制信号稳定。一般PWM开关频率为恒定值，取样信号为其各项参数的峰值。
2.2抗浪涌性
LED具有较差的抗浪涌能力，因此电源设
计必须能够抑制浪涌的入侵。雷电感应、电网负
载启停都可产生的浪涌，尤其雷电感应产生的
广谱无线电波，使电线成为良好的接收天线，由
于是两根电源线，因此将产生共模干扰信号，信
号强度可达数千伏，接地电容极易被击穿，同时
两根电线对地的瞬间阻抗不同而产生高达
3000伏的差模电压，可轻松击穿驱动电源的整
流二极管和线路板不同极性电极间的电气间
隙。因此在设计时必须加入浪涌保护器：
根据区域雷电的发生频率采取不同级别的
保护，南方多雷雨天气需要3级以上的保护，而
北方少雷区地区一般采用2级以上就可以。开
关型浪涌保护器具有较好的瞬时突变能力，因
此具有较好的泄放能力。
2.3高功率因数
由于电网的输入阻抗呈容性，而大量整流
电路造成电网网侧输入电压与输入电流间存在
较大相位差，输入电流呈脉冲状，产生高次谐
波，谐波分量很高，严重干扰电力系统。LED在
路灯照明。一般采用主动式PFC有源功率因数
调整，它通过高频电感线圈、开关电子管、高压
滤波电容以及控制芯片等元件，组成一个可以
将输入电压提高的电路，通过升高输入电压来
减少电流在流向下级电路中的电能损耗，具有
体积小，输入电压宽以及功率因数高等优点，功
率因数可达99％。
2.4良好抗EMI性
开关电源是一个很强的骚扰源，它来源于
开关器件的高频通断和输出整流二极管反向恢
复，很强的电磁骚扰信号通过空间辐射和电源
线的传导而干扰邻近的敏感设备。除了功率开
关管和高频整流二极管外，产生辐射干扰的主
要元器件还有脉冲变压器及滤波电感等。
要抑制传导干扰相对比较容易，只要使用
适当的EMI滤波器，就能将其在电源线上的E－
MI信号电平抑制在相关标准规定的限值内。要
使EMI滤波器对EMI信号有最佳的衰减性能，
则滤波器阻抗应与电源阻抗失配，失配越厉害，
实现的衰减越理想，得到的插入损耗特性就越
好。
开关电源同时存在着共模干扰，差模干扰
并以共模干扰为主，设计时，必须使共模滤波电
路和差模滤波电路的谐振频率明显低于开关电
源的工作频率，一般要低于10kH。
开关电源必须屏蔽，采用模块式全密封结
构，用1mm以上厚度的镀锌钢板，屏蔽层必须
良好接地。在高频脉冲变压器初、次级之间加一
屏蔽层并接地，可以抑制干扰的电场耦合。将高
频脉冲变压器、输出滤波电感等磁性元件加上
屏蔽罩，可以将磁力线限制在磁阻小的屏蔽体
内。
2.5良好IP防护性
由于处于室外的恶劣环境，要保证电路能
够正常温定的工作必须做好相应的防护设计，
以及电线接头的有效防护，同时要保证器件的
良好散热和持续有效性。目前我国路灯的防护
标准为IP65，由于LED电源驱动的放置部位有
两处可以选择，一是LED灯具一体化，二是放
置于灯杆的电源盒。因此上述的情况都应予以
考虑。以充分保障其寿命同LED灯具的良好匹
配。
2.6太阳能充电保护
为保障太阳能蓄电池使用寿命，使其工作
在浮充状态下，其电压随方阵发电量和负载用
电量的变化而变化。整个保护电路由过充和过
放保护两部分组成，过充电路提供充电控制功
能及充电温度补偿的电压控制电路和充电工作
状态控制逻辑电路，电压控制环路来调节充电
电流和充电逻辑控制状态的开关充电控制电
路，同时必须提供光电检测电路，由于对蓄电池
的充电具有主次次序的，在太阳能电池无法完
成有效的充电时，才进行充电电路的切换，使其
处于较饱和状态，以保障蓄电池的使用寿命；过
放电路是为被充电电池提供足够充电电流的功
率输出级电路。
3结论
随着我国节能环保型社会的不断深入，政
府引导的LED道路照明示范项目不断扩大，
LED光效的不断提高和价格的不断下降，LED
户外照明市场将稳步扩大，混合供电LED驱动
电源将成为产业的重要收益部分，因此希望通
过不断的实践研究，以使其能够共同为LED照
明产业进步作贡献。
参考文献
[1]纪爱华,周志敏.白光LED驱动电路设计与应
用实例.
[2]冯垛生,张淼,赵慧,林珊.太阳能发电技术与应
用.
[3]俞安琪.采用LED光源的道路灯具应关注的
焦点.
[4]白建雄.EMI滤波器的设计以及对辐射EMI
的抑制.
摘要：针对采用太阳能发电和市电混合供电的LED道路照明领域发展的驱动电源进行了系统的业务要求设计，阐述了相关问题的解决思路。以便能够更好的配合LED道路照明的应用推广。
关键词：太阳能发电；市电；混合；恒流；PWM；浪涌；EMI；功率因数
多孔，为非晶态、不均匀也不连续的膜层，不能作为可靠的防护膜层，因此必须进行氧化处理。对铝合金型材可以采用阳极氧化再封闭处理的工艺。
（5）根据不同部件选择不同的表面防护处理：①钢铁底座及其它不精密的大中型钢铁部件以及绝缘子法兰，采用热镀锌处理；②普通钢板制成的机构箱体，表面喷锌或喷铝，最后覆盖油漆进行封闭处理；③小型钢铁制件可采用渗锌处理，M10以上紧固件应采用热镀锌处理；④
较大的弹簧采用磷化后浸沥青漆或喷丙烯酸氨
酯黑漆处理。
3结语
由于户外隔离开关运行条件恶劣，要做到
经久耐用，不出现操作失灵和锈蚀等常见故障，
而且达到免维护的要求是比较困难的。我们已
经对年代久远、设备老化严重、不满足规定要求
的隔离开关，逐步进行了完善化改造，使隔离开
关达到了性能可靠、质量优良、经久耐用和满足
免维护、少维护的要求。
参考文献
[1]钟振蛟.户外高压隔离开关常见故障的原因分
析及应对措施.
[2]钟振蛟.GW4-220型隔离开关绝缘子断裂的
原因及对策.
[3]马腾，王振尧.铝和铝合金的大气腐蚀.
[4]谢代之.高压隔离开关的腐蚀与防护.
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