LED电源和驱动电路主要技术知识及注意事项-李宗全
1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（Jen Sen)发明了自激式推挽双变压器，1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。
到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了25千赫的开关电源。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为
主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS－FET制成的500kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。
其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。
目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。
当今开关电源的走势如何？我们来看下电盛兰达株式会社海外营业统括部长山神悟先生、中国地区销售总经理陈文森先生、无锡联美兰达技术开发部高级经理黄勤王廷先生等人的看法。
第五代电源：环保为重
问：开关电源经历了哪五个朝代？
答：从开关电源发展史来讲，如今已经走到第五代。第一代是70年初，那时候从线性电源开始走向开关电源；第二代是1976开始取得UL安规认证；第三代从80年代中期开始，开关电源走向全球通用，因此电源的开发就不能局限在北美或者日本市场，输入电压要考虑85~265V范围内，同时欧规和其他安规都要考虑进来；第四代在90年中期，欧盟要求EMC(电磁兼容)，包括PFC方面的高次谐波要求；现在进入了第五代，2006年7月，欧盟将强制执行RoHS条例，以限制有毒物质的使用，新一代的电源产品就这样诞生了。
问：在整个电源生产之内能不能都实现无铅化？
答：对我们的标准品来讲，基本上实现了无铅化。但是一些客户需要老款产品，例如客户的其他产品还不能实现无铅化。
问：实现无铅化在成本方面有没有提高了技术方面有没有难度？
答：成本方面肯定会有提高！在实现无铅化方面，第一步你必须投入研究，使用新材料(包括焊料)不含铅，这方面在开始时候成本还是比较高的；机器方面包括焊接设备机器，因为温度的设置不一样。为了研究无铅这个过程，还有其他几种物质，我们已经花费了2~3年的时间。
数字电源vs. 模拟电源
问：数字电源将来会不会取代模拟电源呢？
答：这种可能性应该是有的，将来可能转成数字开关电源，现在是普通的开关电源。最关键的一个因素是成本。目前数字电源的成本还是比较高，对那些功能需要很多的，数字电源就非常有优势，可以通过数字电源来简单地实现更多的功能。因此慢慢从这个缺口切入，一旦客户随着其产品的变更，需要去改变电源的各种功能、甚至输出的时候，这种数字电源灵活性就显现出来了。这种需求越来越多的时候，就会造成数字电源里面的数字元器件的成本下降，到那时，整个电源行业将全部走向数字电源。但针对比较简单的电源若数字化，成本对客户来说可能接受不了。
问：近期数字电源最可能在哪些具体的应用中使用？
答：现在已经有些地方开始在用数字电源。主要是两类：一个是通信，这个市场相对量比较大，主要是小型DC-DC。第二类就是公司新研发的Genesys系列的这种高瓦数、高成本产品，很难说具体是哪个行业，例如有些IC测试，汽车的生产过程中需要高瓦数，功能比较多，同时客户又能承受较高成本。
中国市场特点
问：相比全球市场，中国市场的特点是什么？
答：整个中国市场的规模这几年增长很快，已经快接近日本，预计将达到15亿美元。但是中国市场有一个特点，到现在为止，基本上还是以那种消费类的产品为主，包括IT(信息技术)主要集中在电脑和通信行业为主，这跟美国、日本、欧洲比不一样。美国、日本、欧洲的开关电源市场很大一块是工业，就是设备行业。因此，中国的市场现在还是以低端的份额最大，中、高端的份额也一直在增长。
问：这几年的电源市场处于整合期，有很多并购发生，未来会是一个怎样的态势？
答：我们的看法是业界基本上会往两个方向发展：其一是追求公司的规模；另外一种是只专注在某一个方面，一定要成为这方面的佼佼者。我们公司基本上是会追求第二个方向。我们在工业电源方面是第一位，还要继续在这个方面保持最强的竞争力，保证在这个行业一直走在前头,引领潮流
电源开关开关电源是相对线性电源说的。他输入端直接将交流电整流变成直流电，再在高频震荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感（高频变压器）的帮助下，输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与他的工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器，使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流，使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源，因此它受到人们的青睐。但它也有缺点，就是电路复杂，维修困难，对电路的污染严重。电源噪声大，不适合用于某些低噪声电路。所谓开关式电源，就是通过用电子线路组成开关式（方波）震荡电路来达到对电能的转换. 这种方式有好多优点，一是稳压范围宽，在一定范围内输出电压与输入电压变化无关，电脑电源可以在80V－240都可以正常工作，是其它方式电源无法比拟的。二是效率高，由于采用开关震荡工作方式，热损耗特别少，发热低。三是结构简单，相对于其它相同功率的电源，开关电源的体积与重量要少得多。因此，在众多的电子设备中，开关式电源已经是相当普遍。所谓开关电源，是指开关电源中的调整管工作在截止区和饱和区。调整管截止时，相当于机械开关的断开，调整管饱和时，相当于机械开关闭合。这种起开关作用的三极管就叫开关管，而用开关管来稳定电压的电源，就称之为开关型稳压电源。开关式电源:是调整元件工作在开关状态的稳压电源.调整元件通常采用晶体管\可控硅\磁开关等. 特点:体积小,稳压范围宽,效率高,但结构复杂,电源噪声大.输出电压为矩形脉冲电压.所以,不能使用在高要求的线性电源上. 开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！！成本很低．如果不将50HZ变为高频那开关电源就没有意义开关电源的工作原理是: 1.交流电源输入经整流滤波成直流;
2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;
3.开
关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载; 4.输出部分通过一定的电路反馈给控
制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的. 交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰; 在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高; 开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出; 一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源. 主要用于工业以及一些家用电器上，如电视机，电脑等开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！！成本很低．如果不将50HZ变为高频那开关电源就没有意义！！开关变压器也不神秘．就是一个普通的变压器！这就是开关电源. 开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的未必一定有. 简单地说,开关电源的工
作原理是: 1.交流电源输入经整流滤波成直流; 2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上; 3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供
给负载; 4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的
目的. 交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰; 在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高; 开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出; 一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源. 以上说的就是开关电源的大致工作原理. 其实现在已经有了集成度非常高的专用芯片,可以使外围电路非常简单,甚至做到免调试. 计算机开关电源的发展经过了AT、ATX、ATX12V三个发展阶段。AT标准是由IBM早期推出PC/AT机时所提出的，提供+5V、-5V、+12V、-12V四组电压，具备硬开关。ATX标准的产生具有划时代的意义，实现了软开机关机，可以通过远程网络唤醒，增加了+3.3V、+5VSB输出。ATX12V是CPU等硬件发展的产物，主要是增加了+12V的输出能力。
LED是具有二极管特性的发光管，它只能单方向通电。通常LED亮度输出与通过LED电流成正比，但白光LED在大电流下会出现饱和现象，发光效率大幅度降低，甚至失效，因此LED使用电流不能超过其规格额定值。另外，LED亮度输出与温度成反比，所以使用中应尽量减少电源发热和设计良好的散热系统。
目前LED均采用直流驱动，因此在市电与LED之间需要加一个电源适配器即LED驱动电源。它的功能是把交流市电转换成合适LED的直流电。根据电网的用电规则和LED的驱动特性要求，在选择和设计LED
驱动电源时要考虑到以下几点：
1．高可靠性
特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。
2．高效率
LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的溫升。对延缓LED的光衰有利。
3．高功率因素
功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。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，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。
4．驱动方式
现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。
这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流
方向。
5．浪涌保护
LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，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侵入，保护LED不被损坏的能力。
6．保护功能
电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。
7 防护方面
灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。
8 驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。
9 要符合安规和电磁兼容的要求。
LED电源和驱动电路主要技术知识
作为一种新的光源，近年来各大公司和研究机构对LED电源和驱动电路的研究方兴未艾。与荧光灯的电子镇流器不同，LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为直流电压，并同时完成与LED的电压和电流的匹配。随着硅集成电路电源电压的直线下降，LED工作电压越来越多地处于电源输出电压的最佳区间，大多数为低电压IC供电的技术也都适用于为LED，特别是大功率LED供电。再则，LED电源还应能
利用低电压IC电源产量逐渐上升带来的规模经济。
（1）LED电源和驱动电路主要技术概况
1）电压变换技术
电源是影响LED光源可靠性和适应性的一个重要组成部分必须作重点考虑。目前我国的市电是220V 的交流电，而LED光源属半导体光源，通常是用直流低电压供电，这就要求在这些灯具中或外部设置AC -DC转换电路，以适应LED电流驱动的特征。目前电源选择的途径有开关电源、高频电源、电容降压后整流电源等多种，根据电流稳定性，瞬态过冲以及安全性、可靠性的不同要求作不同选择。
2）电源与驱动电路的寿命与成本
LED寿命方面，虽然单颗LED本身的寿命长达10万小时，但其应用时必须搭配电源转换电路，故L ED照明器具整体寿命必须从光电整合应用加以考虑。但对照明用LED,为达到匹配要求，电源与驱动电路的寿命必须超过10万小时，使其不再成为半导体照明系统的瓶颈因素。在考虑长寿命的同时又不能增加太多的成本，电源与驱动电路的寿命与成本的通常不宜超过照明系统总成本的三分之一，在半导体照明灯具产品发展的初期，必须平衡好电源与驱动电路的寿命与成本的关系。
3）驱动程序的可编程技术
LED用作光源一个显著的特点就是在低驱动电流条件下仍能维持其流明效率，同时对于R.G.B.多晶型混光而形成白光来说，通过开发一种针对LED的数字RGB混合控制系统，使用户能够在很大范围内对L ED的亮度，颜色和色调进行任意调节，给人以一种全新的视觉享受。在城市景观亮化应用方面，LED光源可在微处理器控制下可以按不同模式加以变化，形成夜晚的多姿百态的动态效果，在这方面将体现LED
相对于其它光源所具有的独特的竞争优势。
4）电源与驱动电路的效率
LED电源与驱动电路，既要有一定的供LED所需的接近恒流的正向电流输出，又要有较高的转换效率，电光转化效率是半导体照明的一个重要因素，否则就会失去LED节能的优点，目前商业化的开关电源其效率约为80%左右，作为半导体照明用电源，其转换效率仍须进一步提升。
（2）技术发展趋势
1）针对LED的特点开发一系列恒压恒流控制电子电路，利用集成电路技术将每颗LED的输入电流控制在最佳电流值，使得LED能获得稳定的电流，并产生最高的输出光通量。LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。
2）LED驱动电路具有智能控制功能，使LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种因素而产生变化时，初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设
计值上。
3）在控制电路电路设计方面，要向集中控制，标准模块化，系统可扩展性三方面发展。
4）在目前LED光效和光通量有限的情况下，充分发挥LED色彩多样性的特点，开发变色LED灯饰的
控制电路。
2010年4月15日LED开关电源测试规范探讨
1 描述输入电压影响输出电压的几个指标形式
⑴稳压系数
①绝对稳压系数K
表示负载不变时，稳压电源输出直流电压变化量△Uo与输入电网电压变化量△Ui之比，即K=△Uo/△Ui。
②相对稳压系数S
表示负载不变时，稳压器输出直流电压Uo的相对变化量△Uo/Uo与输入电网电压Ui的相对变化量△Ui/Ui之比，即S=△Uo/Uo / △Ui/Ui。
⑵电网调整率
表示输入电网电压由额定值变化+/-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。
⑶电压稳定度
负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化△
Uo/Uo(百分值)，称为稳压器的电压稳定度。
2 负载对输出电压影响的几种指标形式
⑴负载调整率(也称电流调整率)
在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大值时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示。
⑵输出电阻(也称等效内阻或内阻)
在额定电网电压下，由于负载电流变化△IL引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为Ro=|△Uo/△IL|Ω。
3 纹波电压的几个指标形式
⑴最大纹波电压
在额定输出电压和负载电流下，输出电压纹波(包括噪声)的绝对值的大小，通常以峰值或有效值表示。
⑵纹波系数Y(%)
在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，即Y=Umrs/Uo x100%。
⑶纹波电压抑制比
在规定的纹波频率(例如50HZ)下，输入电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即：纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。
4 电气安全要求
⑴电源结构的安全要求
①空间要求
UL、CSA、VDE安全规范强调了在带电部分之间和带电部分与非带电金属部分之间的表面、空间的距离要求。UL、CSA要求：极间电压大于等于250VAC的高压导体之间，以及高压导体与非带电金属部分之间(这里不包括导线间)，无论在表面间还是在空间，均应有0.1吋的距离；VDE要求交流线之间有3mm的徐变或2mm的净空间隙；IEC要求：交流线间有3mm的净空间隙及在交流线与接地导体间的4mm的净空间隙。另外，VDE、IEC要求在电源的输出和输入之间，至少有8mm的空间间距。
②电介质实验测试方法
打高压：输入与输出、输入和地、输入AC两级之间。
③漏电流测量
漏电流是流经输入侧地线的电流，在开关电源中主要是通过静噪滤波器的旁路电容器泄露电流。UL、CSA均要求暴露的不带电的金属部分均应与大地相接，漏电流测量是通过将这些部分与大地之间接一个
1.5kΩ的电阻，其漏电流应该不大于5毫mA。VDE允许用1.5kΩ的电阻与150nPF电容并接，并施加1.06倍额定使用电压，对数据处理设备，漏电流应不大于3.5mA，一般是1mA左右。
④绝缘电阻测试
VDE要求：输入和低电压输出电路之间应有7MΩ的电阻，在可接触到的金属部分和输入之间，应有2M Ω的电阻或加500V直流电压持续1min。
⑤印制电路板
要求使用UL认证的94V-2材料或更好的材料。
⑵对电源变压器结构的安全要求
①变压器的绝缘
变压器的绕组使用的铜线应为漆包线，其他金属部分应涂有瓷、漆等绝缘物质。
②变压器的介电强度
在实验中不应出现绝缘层破裂和飞弧现象。
③变压器的绝缘电阻
变压器绕组间的绝缘电阻至少为10MΩ，在绕组与磁心、骨架、屏蔽层间施加500伏直流电压，持续1min，不应出现击穿、飞弧现象。
④变压器湿度电阻
变压器必须在放置于潮湿的环境之后，立即进行绝缘电阻和介电强度实验，并满足要求。潮湿环境一般是：相对湿度为92%(公差为2%)，温度稳定在20℃到30℃之间，误差允许1%，需在内放置至少48h之后，立即进行上述实验。此时变压器的本身温度不应该较进入潮湿环境之前测试高出4℃。
⑤ VDE关于变压器温度特性的要求。
⑥ UL、CSA关于变压器温度特性的要求。
5 电磁兼容性试验
电磁兼容性是指设备或系统在共同的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。
电磁干扰波一般有两种传播途径,要按各个途径进行评价。一种是以波长较长的频带向电源线传播,给发射区以干扰的途径,一般在30MHz以下。这种波长较长的频率在附属于电子设备的电源线的长度范围内还不满1个波长，其辐射到空间的量也很少，由此可掌握发生于LED电源线上的电压，进而可充分评估干扰的大小，这种噪声叫做传导噪声。
当频率达到30MHz以上，波长也会随之变短。这时如果只对发生于电源线的噪声源电压进行评价，就与实际干扰不符。因此，采用了通过直接测定传播到空间的干扰波评价噪声大小的方法，该噪声就叫做辐射噪声。测定辐射噪声的方法有按电场强度对传播空间的干扰波进行直接测定的方法和测定泄露到电源线上的功率的方法。
电磁兼容性试验包括以下试验内容：
①磁场敏感度
(抗扰性)设备、分系统或系统暴露在电磁辐射下不希望有的响应程度。敏感度电平越小，敏感性越高，抗扰性越差。包括固定频率、峰峰值的磁场测试。
②静电放电敏感度
具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。300PF电容充电到-15000V，通过500Ω电阻放电。可超差，但放完后要正常。测试后，数据传递、储存不能丢。
③LED 电源瞬态敏感度
包括尖峰信号敏感度(0.5μs、10μs 2倍)、电压瞬态敏感度(10%-30%，30S恢复)、频率瞬态敏感度(5%-10%，30S恢复)。
④辐射敏感度
对造成设备降级的辐射干扰场的度量。(14kHz-1GHz，电场强度为1V/M)。
⑤传导敏感度
当引起设备不希望有的响应或造成其性能降级时，对在电源、控制或信号线上的干扰信号或电压的度量。(30Hz-50kHz/3V，50kHz -400MHz/1V)。
⑥非工作状态磁场干扰
包装箱4.6m, 磁通密度小于0.525μT；0.9m，0.525μT。
⑦工作状态磁场干扰
上、下、左、右交流磁通密度小于0.5mT。
⑧传导干扰沿着导体传播的干扰。10kHz-30MHz,60(48)dBμV。
⑨辐射干扰:通过空间以电磁波形式传播的电磁干扰。10kHz-1000MHz, 30 屏蔽室60(54)μV/m。■
LED开关电源EMI设计小结
1.LED开关电源的EMI源
LED开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对LED开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等.
(1)功率开关管
功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态,dv/dt和di/dt都在急剧变换,因此,功率开关管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源.
(2)高频变压器
高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换,因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源.
(3)整流二极管
整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上,反向恢复电流的断续点会在电感(引线电感、杂散电感等)产生高dv/dt,从而导致强电磁干扰.
(4)PCB
准确的说,PCB是上述干扰源的耦合通道,PCB的优劣,直接对应着对上述EMI源抑制的好坏.
2.LED开关电源EMI传输通道分类
(一). 传导干扰的传输通道
(1)容性耦合
(2)感性耦合
(3)电阻耦合
a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合
b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合
c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合
(二). 辐射干扰的传输通道
(1)在LED开关电源中,能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线,从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析;二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子,电感线圈可以假设为磁偶极子;
(2)没有屏蔽体时,电偶极子、磁偶极子,产生的电磁波传输通道为空气(可以假设为自由空间);
(3)有屏蔽体时,考虑屏蔽体的缝隙和孔洞,按照泄漏场的数学模型进行分析处理.
3.LED开关电源EMI抑制的9大措施
在LED开关电源中,电压和电流的突变,即高dv/dt和di/dt,是其EMI产生的主要原因.实现LED开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点:
(1)尽量减小电源本身所产生的干扰源,利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路,并进行合理布局;
(2)通过接地、滤波、屏蔽等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS.
分开来讲,9大措施分别是:
(1)减小dv/dt和di/dt(降低其峰值、减缓其斜率)
(2)压敏电阻的合理应用,以降低浪涌电压
(3)阻尼网络抑制过冲
(4)采用软恢复特性的二极管,以降低高频段EMI
(5)有源功率因数校正,以及其他谐波校正技术
(6)采用合理设计的电源线滤波器
(7)合理的接地处理
(8)有效的屏蔽措施
(9)合理的PCB设计
4.高频变压器漏感的控制
高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一,因此,控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题.
减小高频变压器漏感两个切入点:电气设计、工艺设计!
(1)选择合适磁芯,降低漏感.漏感与原边匝数平方成正比,减小匝数会显著降低漏感.
(2)减小绕组间的绝缘层.现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层,厚度20~100um,脉冲击穿电压可达几千伏.
(3)增加绕组间耦合度,减小漏感.
5.高频变压器的屏蔽
为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰,可采用屏蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场.屏蔽带一般由铜箔制作,绕在变压器外部一周,并进行接地,屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环,从而抑制漏磁场更大范围的泄漏.
高频变压器,磁心之间和绕组之间会发生相对位移,从而导致高频变压器在工作中产生噪声(啸叫、振动).为防止该噪声,需要对变压器采取加固措施:
(1)用环氧树脂将磁心(例如EE、EI磁心)的三个接触面进行粘接,抑制相对位移的产生;
(2)用“玻璃珠”(Glass beads)胶合剂粘结磁心,效果更好.
给LED供电的LED电源注意事项
发布者：：topday 发布时间：：2009-10-18 23:13浏览次数：：53
1)LED是单向导电器件，由于这个特点，就要用直流电流或者单向脉冲电流给LED供电。
(2)LED是一个具有PN结结构的半导体器件，具有势垒电势，这就形成了导通门限电压，加在LED上的电压值超过这个门限电压时LED才会充分导通。LED的门限电压一般在2.5V 以上，正常工作时的管压降为3～4V。
(3)LED的电流一电压特性是非线性的，流过LED的电流在数值上等于供电电源的电动势减去LED的势垒电势后再除以回路的总电阻(电源内阻、引线电阻和LED体电阻之和)。因此，流过LED的电流和加在LED两端的电压不成正比。
(4)LED的PN结的温度系数为负，温度升高时LED的势垒电势降低。由于这个特点，所以LED不易直接用电压源供电，必须采用限流措施，否则随着LED工作时温度的升高，电流会越来越大，以至损坏LED。
(5)流过LED的电流和LED的光通量的比值也是非线性的。LED的光通量随着流过LED的电流增加而增加，但却不成正比，越到后来光通量增加得越少。因此，应该使LE在一个发光效率比较高的电流值下工作。
另外，LED也和其他光源一样，所能承受的电功率是有限的。如果加在LED上的电功率超过一定数值，LED也可能损坏。由于生产工艺和材料特性方面的差异，同型号的LED的势垒电势以及LED的内阻也不完全一样，这就导致LED工作时的管压降不一致，再加上LED 势垒电势具有负的温度系数，因此，LED不易直接并联使用。
解释什么叫开关电源
发布者：：topday 发布时间：：2009-09-25 09:33浏览次数：：51 开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止．将直流电**为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压的电源。
开关电源由以下几个部分组成：
一、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：
1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。
2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。
3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。
4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
二、控制电路一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定.
开关电源的三个条件
1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态
2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频
3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流
中国的LED路灯技术已经成熟
发布者：：topday 发布时间：：2009-09-09 16:13浏览次数：：42 LED路灯是否能够大规模应用,普遍的观点认为尚需时日,但是冠今认为LED路灯的技术真的成熟了.欢迎大家就此事进行下讨论
简单的要说LED路灯(实际上是所有的LED照明灯具)还不能大规模的应用的理由不外是以下三个: 下面是总结：
1、LED路灯的光效还达不到钠灯的水平;
2、LED路灯的寿命;
3、LED路灯的配光还不理想.
谈到LED路灯,很多人会指出LED的显色指数比钠灯的显色指数高很多,因而可以降低LED 路灯的照度标准,呼吁单独为LED路灯修订标准,事实上,从宏观上看寄希望于修订标准是不现实的,而且我认为现行的道路照明标准没有可能也没有必要修订.要使得LED取代其他光
源成为现实,就只有靠LED照明领域的人们自己努力了.
LED照明灯的光效问题:
首先,钠灯的光效确实是高,我看到一些较好的钠灯产品单位功率流明数都在110以上,而目前做的好的LED也就在90Lm/W左右,还谈不上节能.但是,如果比较灯具的效率,结论就不一样了.因为一般光源都是360度全方位均匀发光,而LED发光有方向性,通常是180度以内,如此差别,做成路灯就不一样了.钠灯或者传统光源做成的路灯灯具出光效率通常在60%左右,而LED路灯比较容易就可以达到90%.那么照此一加权,钠灯做的路灯有效出光为66Lm/W,而LED路灯的有效出光就可以达到80Lm/W了.其次,既然是路灯,当然是只有落在路面以内的光线才是需要的,那就要进一步看到达路面的光通量了,以国标规定最低H=Weff为例,较好的钠灯的利用系数为0.3,如果能够将LED的利用系数做到0.8,那么,以目前的LED光效水平,一个110W的LED路灯就完全可以取代250W的钠灯了,如果考虑到实际工程造价等因素,通常按照H=1.2Weff来设计的话,以100W的LED路灯取代250W的钠灯是现阶段就可以实现的.能够达到60%这样的节能水平已经有足够的节能效果了.要达到0.8的利用系数,这就要看LED路灯设计人员配光的功底，其实一点也不难.
LED照明灯寿命问题:
如果有人告诉你,他们的LED灯具的寿命有10万小时抑或5万小时、3万小时,你且姑妄听之,但是记得问问如何得到的,如果说是众所周知的,那你听过就算了,如果告诉你是实测的,千万再问一下是以多少小时数据为基础的,因为现在肯定没有任何人作过以万小时为计的测试,因为这不可能,将来也不会有傻冒作这样的测试,因为那不需要.有人会告诉你1000小时的数据,那就千万别作数,因为很多LED管子在1千小时内光效是上升的.当然,你选管子的时候也是如此.现在国际通行的寿命测试时间是1千+5千小时测试,以前1千小时为稳定时间,后5千小时数据为计算寿命的依据,超过5千小时寿命按照5千小时内的拟合曲线外推计算.我们实际测试的1+5千小时的光衰为2.2%,而且是线性的,如果考虑一些余量,我们将产品标准定为5千小时光衰为2.5%,如此外推50%光效的寿命将是10万小时,70%的光效寿命为6万小时.但是,不管是按照50%还是70%计算寿命都是不重要的,实际上最为科学的也是为许多国家所采用的方法是维持照度不低于标准规定的维持照度的寿命为准.例如国标规定快速路的维持平均照度为20Lx,如果初装路灯的平均照度为30Lx,则应以66%光效计算寿命,如此计算的寿命则是6.6万小时.如果加上半夜灯控制,实际使用时间就可达到10万小时.当然,能不能真正达到这个使用时间,可能要等25年之后才能知道了.
LED路灯的配光还不理想.
做路灯，LED不是简单的透镜就能达到的。道路照明是有平均照度、照度均匀度、纵向照度均匀度的要求的，还有对眩光的限制。因此，灯杆的距离越大，达到要求的难度越高。标准中要求，一般是杆距是杆高的3倍。杆距太大，在顾及照度时，眩光问题就突出了。所以，先研究一下道路照明标准，再来设计灯具。否则是盲目烧钱。
LED电源参数－电特性功能特征及点评
发布者：：topday 发布时间：：2009-08-31 10:33浏览次数：：71
1.LED电源短路保护：用电流传感器或者相当于电流传感器的小电阻,当检测到电流大于某设定数值的时候就关闭输出,或者打开一组输出限流电路,起到保护作用。
技术点评：常规由空气开关（断路器）、保险丝、热敏电阻、芯片来实现短路保护，但是其中保险丝不管是不是自恢复的,都不能算是保护了,算是一种补救措施。就目前而言，短路保护已经不是质量的影响因素，很多成熟的方案可以利用。
2.LED电源过温保护：一般包括：功率场效应管的温度检测电路、电流检测电路、比较电路。温度检测电路，用于检测功率场效应管的导通电压，得到一个与电流成正比的温度信号S1，并将该信号输出到比较电路；电流检测电路，用于检测功率场效应管的漏极电流，得到一个与电流成正比的信号S2作为温度比较的基准信号，并将该信号输出到比较电路；比较电路，用于将所输入的温度检测信号和温度基准信号进行比较判断，当温度检测信号大于温度基准信号时输出过温保护信号。
技术点评：一般用于保护受温度影响较大的电子元器件或者以热能转换为主的电器中。但是在LED电源行业，温升还是一个难题。散热面积小了影响温升，大了会影响安装，所以在最大的功率密度下获得较低温升只有把焦点定位在优质的电子元器件上，当然这为厂家的成本降低出了很大的难题。
3、LED电源过压保护：通过电压敏感非线性元件与被保护电路并联，且在并联后与电流敏感非线性元件串联电路，在没有受到过电压侵害时，电流敏感元件Ｒｔ保持小的阻抗，而电压敏感元件保持很高的阻抗，但在过压时，电流敏感非线性元件阻抗增加和电压敏感非线性元件阻抗降低，保证了被保护电路免遭过压危害。
技术点评：大多数的放大器过压保护方法是利用二极管将过压故障电流旁路到地或者电源轨上，但这些二极管的电容和泄漏电流会导致失真和带宽降低。
4、LED电源纹波噪音：开关电源中的变压器、MOS管、整流管等等都是几十KHZ的高频振荡波形，幅度较大，这个波动是产生纹波的根本，即使次级输出用滤波电路，但纹波存留几十到上百MV。
技术点评：无论何种工作方式的直流－直流变换器都用电解电容或钽电容吸收输出纹波，然而，从0℃开始这些电容的tanδ增大，+20℃时是-20℃时的20～50倍，纹波也按此比例增大，所以选择合适的电容是关键之一
LED驱动电源设计考量
发布者：：topday 发布时间：：2009-08-24 16:08浏览次数：：45
LED驱动电源设计考量
LED由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点,近年来在各行业应用得以快速发
展,LED的驱动电源成了关注热点,理论上,LED的使用寿命在10万小时以上,但在实际应用过程中,由于驱动电源的设计及驱动方式选择不当,使LED极易损坏.随着LED的应用日益广泛,LED驱动电源的性能将越来越适合LED的要求.
我们设计LED驱动电源时,有必要知道LED电流、电压特性,由于LED的生产厂家及LED规格不同,电流、电压特性均有差异.现以白光LED典型规格为例,按照LED的电流、电压变化规律,一般应用正向电压为3.0-3.6V左右,典型值电压为3.3V,电流为20mA,当加于LED 两端的正向电压超过3.6V后,正向电压很小的增加,LED的正向电流都有可能会成倍增涨,使LED发光体温升过快,从而加速LED光衰减,使LED的寿命缩短,严重时甚至烧坏LED.根据LED的电压、电流变化特性,对驱动电源的设计提出严格要求.
恒流驱动的理由
白光LED的顺向电压通常被规范成20mA时,最小为3.0V,最大为4.0V,也就是若单纯施加一定的顺向电压时,顺向电流会作大范围的变化.
图1是从A、B两家LED企业的产品中随机取三种白光LED样品进行顺向电压与顺向电流特性检测的结果.根据检测结果显示,若利用3.4V顺向电压驱动上述六种白光LED时,顺向电流会在10~44mA范围内大幅变动.表1为白光LED的电气与光学特性.
当前很多厂家生产的LED灯类产品(比如护栏、灯杯、投射灯),采用阻、容降压,然后加上一个稳压二极管稳压,向LED供电,这样驱动LED的方式存在极大缺陷,首先是效率低,在降压电阻上消耗大量电能,甚至有可能超过LED所消耗的电能,且无法提供大电流驱动,因为电流越大,消耗在降压电阻上的电能就越大,所以很多产品的LED不敢采用并联方式,均采用串联方式降低电流.其次是稳定电压的能力极差,无法保证通过LED电流不超过其正常工作要求,设计产品时都会采用降低LED两端电压来供电驱动,这样是以降低LED亮度为代价的.采用阻、容降压方式驱动LED,LED的亮度不能稳定,当供电电源电压低时,LED的亮度变暗,供电电源电压高时,LED的亮度变亮些.阻、容降压方式驱动LED的最大优势是成本低.
根据LED电流、电压变化特点,采用恒压驱动LED是可行的,虽然常用的稳压电路,存在稳压精度不够和稳流能力较差的缺点,但在某些产品的应用上可能过精确设计,其优势仍然是其它驱动方式无法取代的.
采用恒流驱动方式,是比较理想的LED驱动方式,它能避免LED电源正向电压的改变而引起电流变动,同时恒定的电流使LED的亮度稳定.因此众多厂家选用恒流方式驱动LED.还有一种LED驱动方式是可行的,它即不恒压,也不恒流,但通过电路的设计,当LED正向电压升高时,使驱动电流减小,保证了LED产品的安全.当然正向电压的升高只能在LED承受范围,过高也会损坏LED.
理想的LED电源驱动方式是采用恒压、恒流.但驱动器的成本增加.其实每种驱动方式均有优、缺点,根据LED产品的要求、应用场合,合理选用LED驱动方式,精确设计驱动电源成为关键.LED虽然在节能方面比普通光源的效率高,但是LED光源却不能像一般的光源一样可以直接使用公用电网电压,它必须配有专用电压转换设备,提供能够满足LED额定的电压和电流,才能使LED正常工作,也就所谓的LED专用电源.
但由于各种规格不同的LED电源的性能和转换效率各不相同,所以选择合适、高效的
LED专用电源,才能真正展露出LED光源高效能的特性.因为低效率的LED电源本身就需要消耗大量电能,所以在给LED供电的过程中就无法凸显LED的节能特点.总之,LED电源在LED工作中的稳定性、节能性、寿命长短,具备重要的作用.
LED具有类似于二极管的正向V-I特性.在低于LED开启阈值(白光LED的开启电压阈值大约为3.5V)时,通经该LED的电流非常小.在高于该阈值时,电流会以正向电压形式成指数倍递增.这就允许将LED定型为带有一个串联电阻的电压源,其中带有一则警示说明:本模型仅在单一的工作DC电流下才有效.如果LED中的DC电流发生改变,那么该模型的电阻也应随即改变,以反映新的工作电流.在大的正向电流下,LED中的功率耗散会使设备发热,此举将改变正向压降和动态阻抗.在确定LED阻抗时充分考虑散热环境是非常重要的.
当通过降压稳压器驱动LED时,LED常常会根据所选的输出滤波器排列来传导电感的AC纹波电流和DC电流.这不仅会提高LED中电流的RMS振幅,而且还会增大其功耗.这样就可提高结温并对LED的使用寿命产生重要影响.如果我们设定一个70%的光输出限制作为LED的使用寿命,那么LED的寿命就会从74摄氏度度下的15,000小时延长到63摄氏度度下的40,000小时.LED的功率损耗由LED电阻乘以RMS电流的平方再加上平均电流乘以正向压降来确定.由于结温可通过平均功耗来确定,因此即使是较大的纹波电流对功耗产生的影响也不大.例如,在降压转换器中,等于DC输出电流(Ipk-pk=Iout)的峰至峰纹波电流会增加不超过10%的总功率损耗.如果远远超过上面的损耗水平,那么就需要降低来自电源的AC纹波电流以便使结温和工作寿命保持不变.一条非常有用的经验法则是结温每降低10摄氏度,半导体寿命就会提高两倍.实际上,由于电感器的抑制作用,因此大多数设计就趋向于更低的纹波电流.此外,LED中的峰值电流不应超过厂商所规定的最大安全工作电流额定值.
大功率LED被称为“绿色光源”,它将向大LED电流(300mA至1.4A)、高效率(60至120 流明/瓦)、亮度可调的方向发展.
由于大功率LED在寿命上具有很大优势,所以发展前景非常广阔,其中最被看好的照明应用是汽车、医疗设备和仪器仪表及其它特种照明环境.但这些应用对LED驱动系统设计也提出了新的要求,包括:输入电压范围一般要求为6V到24V;具有冲击负载保护、反相和过压保护;待机功耗非常低;低带隙基准以减少电流检测损耗以及具有PWM调整亮度的功能等. 驱动电源设计不好LED灯会出现的不良现象:
1:有嘈音; 2:亮度随电压而变化; 3:关闭时闪耀; 4:开机时闪耀; 5:温度很高; 6:一批货功率相差很大,达二瓦以上.
目前LED均采用直流驱动,因此在市电与LED之间需要加一个电源适配器即LED驱动电源.它的功能是把交流市电转换成合适LED的直流电.根据电网的用电规则和LED的驱动特性要求,在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点:
1．高可靠性
特别像LED路灯的驱动电源,装在高空,维修不方便,维修的花费也大.
2．高效率
LED是节能产品,驱动电源的效率要高.对于电源安装在灯具内的结构,尤为重要.因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降,所以LED的散热非常重要.电源的效率高,它的