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LED球泡灯内部驱动电源剖析

LED球泡灯内部驱动电源分析-作为白炽灯的直接替代光源,LED球泡灯的用量将得到巨大的提升。其品质也会参差不齐。作为LED球泡灯内部不可或缺的驱动电源,其品质很大程度上决定了一个球泡灯的安全与否及品质

  跟着LED的开展以及节能减排的世界大势,LED灯具及光源向民用商场大规模进军。而作为民用光源里边最为遍及的白炽灯,欧洲已经在2012年制止白炽灯出产和出售,美洲在2014年也制止了40W及其以上白炽灯的出产和出售,我国已于2012年10月制止了100W以上白炽灯的出产和出售,一起将会在 2014年10月1日制止60W及以上白炽灯的出产和出售,将于2016年10月1日制止15W及以上白炽灯的出产和出售。

  在这大势下,作为白炽灯的直接代替光源,LED球泡灯的用量将得到巨大的进步。其质量也会良莠不齐。作为LED球泡灯内部不可或缺的驱动电源,其质量很大程度上决议了一个球泡灯的安全与否及质量好坏。

  驱动电源根本分为阻隔驱动阻隔驱动两大类:

  一、阻隔驱动

  非阻隔驱动(non­-isolated power)是指在输入端和负载端之间没有经过变压器进行电气阻隔,而又直接衔接,输入端和负载端共地,因而接触负载就有触电的风险。现在用得最多的对错 阻隔直接降压型驱动。也便是把沟通电整流今后得到直流高压,然后就直接用降压(Buck)电路进行降压和恒流操控,非阻隔驱动的长处是本钱低、简略、体积 小、功率高。

  当非阻隔驱动运用于球泡灯时,运用铝材(金属)外壳无法做到安全性的标准(输入对外壳要求耐压4KV),故而外壳有必要选用绝缘材料加工,一般有 塑料、导热塑料、塑包铝等方法来完成。可是选用导热塑料或许塑包铝的方法又使得LED球泡灯的本钱添加,选用塑料加工成的外壳又无法有用的散热。在这样一 个LED竞赛剧烈的大环境下,很大一部分商家为了寻求赢利及出售额,无视安全要素制作许多非阻隔金属外壳的球泡灯,又或无视产质量量制作许多塑壳球泡灯, 一起灯具的功率往往虚标30%以上。

  现在球泡灯上运用最多的几种非阻隔驱动如下:

  1.电阻限流式

  

  图1.1

  如图1.1:电阻限流式驱动,仅选用一个桥堆,将50Hz的正弦波沟通电改变为100Hz的半正弦波脉动直流电,经过限流电阻来束缚LED的均匀电流。该驱动方法在电压未到达LED模块(由多个LED串联构成)敞开电压前,LED不发光;电压超越LED模块的敞开电压后,经过LED的电流逐步添加,表现方法为I=(U-Uon)/R,经过LED的电流会跟着电压的改变而改变。

  如图1.2所示(绿线表明桥堆输出端电压,红线表明LED电流,蓝线表明电阻R上的电压),LED电流有接连(频率为100Hz),LED电流存在的时分也有巨细改变,故而表现为频率为100Hz的频闪现象。

  如图1.2所示,LED模组串联个数较多(即敞开电压需求较高)、限流电阻较小时,LED电流断续时间长,频闪作用显着,可是电阻上耗费的能量较小(红线电流与蓝线电压的积分),即功率相对较高。

  如图1.3所示,LED模组串联个数较少(即敞开电压需求较低)、限流电阻较大时,LED电流断续时间短,频闪作用较不显着,可是电阻上耗费的能量较大,功率相对很低。

  电阻限流式非阻隔驱动,在电网电压不稳守时,球泡灯的功率改变为ΔP=ΔU2/R,因而功率极端不安稳,形成照明亮度改变显着,并且功率跟着电压动摇的平方改变,使得灯具十分简略长期在超越标准温度下作业,寿数减短。

  该驱动计划因为负载首要出现为阻态,电压过零的时分不存在电流,故而功率因数较高挨近1,不过因为限流电阻的存在其功率很差一般只需 30%~65%的功率,可是因为该计划本钱十分低价,导致许多出产商出产该类产品,LED球泡灯的质量很难得到确保,其安全性也难以得到确保。

  

  图1.2

  

  图1.3

  2.恒流二极管限流

  

  图2.1

  如图2.1:恒流二极管驱动,选用一个桥堆,将50Hz的正弦波沟通电改变为100Hz的半正弦波脉动直流电,经过恒流二极管来束缚LED的电 流。该驱动方法在电压未到达LED模块(由多个LED串联构成)敞开电压前,LED不发光;电压超越LED模块的敞开电压后,经过LED的电流由恒流二极 管束缚,表现为安稳电流状况。桥堆后边的电容是平衡功率及功率因数用的。

  不加桥堆后的电解电容,如图2.2所示(绿线表明桥堆输出端电压,红线表明LED电流,蓝线表明恒流二极管CCD上的电压),LED电流有接连 (频率为100Hz),可是LED电流存在的时分表现为恒流状况,故而表现为频率为100Hz的现象,相同,因为恒流二极管束缚了经过的电流,其两头必定 会承载超出LED作业电压的那部分电压,因而功率较低,一般在70%左右,可是其电流根本跟从电压波形,功率因数较高,可较简略做到0.9以上。

  加上桥堆后的电解电容,如图2.3所示,LED电流接连且安稳,因而在电容量足够大的前提下该驱动计划就表现为无频闪,并且,因为电解电容将桥 堆后的电压动摇下降了,因而LED模组的电压的设定能够充沛的挨近桥堆后输出电压,使得恒流二极管不必承载过多的电压,进步驱动功率,一般可进步至85% 左右,可是其电流安稳,在输入电压过零的时分导致许多的无功功率发生,功率因数较低,一般只需0.5~0.6。

  恒流二极管完成的非阻隔驱动,在电网电压不稳守时,球泡灯的功率改变为ΔP=ΔU*I,因而功率起浮与电压动摇成正比,可是灯具照明作用相对安稳,可是因为恒流二极管的价格一直较高,并且其电流驱动才能只需几十毫安,故而无法得到推广运用。

  

  图2.2

  

  图2.3

  3.阻容降压

  

  图3.1

  如图3.1:阻容降压作业原理是运用电容在必定的沟通信号频率下发生的容抗来束缚最大作业电流。例如,在50Hz的工频条件下,一个1uF的电 容所发生的容抗约为3180欧姆。当220V的沟通电压加在电容器的两头,则流过电容的最大电流约为70mA。尽管流过电容的电流有70mA,但在电容器 上并不发生功耗,因为假如电容是一个抱负电容,则流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。依据这个特色,在其后边串联一个LED模组,只需电流 设定正确,那么LED两头的电压也必定是额外状况下的电压。

  因而该计划因为电容首要耗费无功功率,功率较高,可是其功率因数往往十分低,一般在0.4左右。并且C2的容值巨细直接决议了频闪的显着与否。

  因为LED作业需要比较安稳的直流环境,因而该计划常常选用桥式全波整流,可是全波整流发生浮置的地,并在零线和前方之间发生高压,形成人体触电损伤,是为比较风险的一种驱动。

  电网电压动摇时,LED电流也会同比的跟从改变,因而,其安稳性也较差,并且因为电容寿数直接影响容值,使得容值变小,输出电流也会随之下降,使得LED球泡灯的光衰倍化加重。

  可是,因为其本钱低价,线路十分简略,并且对LED模块的作业电压的规模简直没有要求,通用性十分高,使得现在大部分厂家选用阻容降压的方法作为中低功率的球泡灯驱动。

  4.线性驱动

  

  图4.1

  

  图4.2

  如图4.1及4.2:线性驱动,选用一个桥堆,将50Hz的正弦波沟通电改变为100Hz的半正弦波脉动直流电,然后经过线性恒流芯片依据当时 状况下的半正弦波电压值来分段驱动LED模块,并且束缚每一段LED的电流。简略的说便是电压到达榜首段LED模块作业电压时,榜首段LED作业,电流限 定在红线的榜首个台阶处;电压到达榜首段LED模块作业电压与第二段作业电压之和时,榜首段LED和第二段LED一起作业,电流束缚在红线的第二个台阶 处;电压到达三段LED模块作业电压总和时,三段LED一起作业,电流束缚在红线的第三个台阶处;该驱动方法在电压未到达榜首段LED模块作业电压 前,LED不发光,没有损耗;电压超越榜首段LED模块的作业电压后,经过LED的电流由线性驱动芯片束缚,表现为安稳电流状况,在到达后段LED作业电 压前,超出的电压将由芯片内部的MOS吸收,该部分能量为损耗能量。经过合理的LED串联分段,尽可能使得三段的作业电压拟合正弦波,充沛减小损耗,驱动的功率可进步至90%以上

  因为其驱动特性是将LED模块依照阻性负载的特性的方法驱动,因而电流跟从电压波形,功率因数可达0.97以上,但LED电流有接连(频率为 100Hz),故而表现为频率为100Hz的现象,一起,在周期内,LED亮度是分为6个亮度等级突变的,可恰当缓解频闪的作用。

  相同的,在桥堆后边加上电解电容,能经过下降功率因数来完成无频闪,在Cin足够大,将电压的波谷值拉升至一切LED作业电压之上,频闪现象就将彻底消失,可是功率因数也会将至0.5左右。如图4.3

  

  图4.3

  在电网电压不稳守时,线性驱动芯片会依据电压的改变对电流稍作调整,使得整灯的功率保持不变,灯具的寿数充沛得到确保,并且灯具亮度改变也不会 超越10%,肉眼简直无法区分。因为其本钱相对阻容计划要高,并且规划电路要求较高,通用性小,故而在市面上的球泡灯运用中较为罕见。

  5.恒流芯片buck(NPFC)

  

  图5.1

  如图5.1:降压型恒流驱动,选用一个桥堆,将50Hz的正弦波沟通电改变为100Hz的半正弦波脉动直流电,经过桥堆后的电解电容将脉动电压 变换为振幅较小的直流电压。经过采样电阻来高频驱动恒流芯片内部的MOS,到达操控电流的意图,电流值不受输入电压动摇而影响,恒流芯片的内部MOS的开 关频率一般在几十至几百赫兹。

  当桥堆后的电解电容足够大时,只需确保输出端LED模块的作业电压小于电解电容输出端波谷的电压值时,能够彻底消除100Hz的频闪;而芯片内 部的高频开关因为其频率较高,外加LED模块并联的滤波电容及电感,使得频闪效应得到解决。当然,假如桥堆后边的电容较小时,LED的作业电压大于电容后 端输出电压,则100Hz频闪仍旧存在,其振幅与LED模块的作业电压和电容后端输出电压的波谷的差值有关,差值越大,振幅越大,频闪作用越显着。

  因为大电容及后端开频的存在,该电路功率因数往往只需0.5左右,可是因为其结构简略,功率高达90%以上,恒流精度更是在5%乃至3%以内,负载调整率也较高,因而大部分寻求质量的LED球泡灯出产商选用改计划。

  也有不少商家为了节省恒流芯片的本钱,在恒流芯片处经过选用被迫%&&&&&%(二极管,三极管,MOS)来操控恒流,一般这样的计划在恒流精度以及开路维护,短路维护方面做得就不行好。

  6.恒流芯片buck(填谷)

  

  图6.1

  如图6.1:因为降压型恒流驱动广受好评,可是收到超越5W的照明灯具及光源的功率因数要求》0.7这个标准的束缚,技术人员在降压型恒 流驱动的整流桥和整流电容之间规划了由3个二极管2个电容组成的3D2C式填谷电路,经过2个电容串联方法充电及并联方法放电的方法,进步功率因数,功率 因数可进步至0.8~0.9,使得降压型恒流驱动也满意LED球泡灯在功率因数方面的要求。当然本钱会有必定程度的进步,电源体积也会相应变大。

  7.恒流芯片buck(APFC)

  

  图7.1

  如图7.1:APFC恒流驱动,经过芯片上检测输入电压波形的引脚(此处是LN)操控输出电流的波形,使其挨近半正弦波,即当输入电压过零点 时,MOS关断,使输入电流也变零,然后使得电流的包络波形挨近半正弦波,然后进步功率因数,功率因数一般可达0.95及以上;在输入电压不处于过零状况 下,恒流芯片依据FB引脚出的反应电压进行高频开关动作,操控输出电流,到达恒流的意图。

  因为其输入电流出现半正弦波,导致其输出电流也有100Hz的动摇,当然其振幅因为输出端滤波电容及电感的存在,会小许多,可是存在100Hz的频闪是不争的实事;当然恰当的加大滤波电容会使得输出电流纹波变小,改进频闪作用。

  二、阻隔驱动

  阻隔驱动(isolated power)是指在输入端和负载端之间经过阻隔变压器进行电气阻隔,使输出端无法直接接触高压。因而接触负载就没有触电的风险,阻隔驱动的长处是安全。

  当阻隔驱动运用于球泡灯时,其外壳可经过金属、塑料、导热塑料、塑包铝等多种方法来完成。咱们所要战胜的便是阻隔驱动所带来的体积大,功率较低,本钱较高级缺陷。

  因而在整个LED球泡灯商场上,阻隔电源运用的较少。

  也有不少出产商对阻隔驱动了解的不行透彻,认为运用了阻隔变压器将输入与输出分离隔就能够了,而疏忽了爬电间隔及电气空隙等,这样的计划彻底不能算作阻隔驱动。

  1.单级恒流(NPFC)

  

  图8.1

  LED球泡灯上运用的阻隔单级恒流驱动,简略的说,与非阻隔降压型恒流驱动首要差异体现在能量依托阻隔变压器,在原边将电能转换为磁,又在副边将磁再次转化为电能,在进步安全性的一起,转化功率下降了。其功率一般只需80%~85%。

  该驱动方法的功率因数因为没有进行校对,大约为0.5,当然也能够在桥堆后边规划3D2C的填谷电路,将功率因数进步至0.8~0.9。

  2.单级恒流(APFC)

  

  图9.1

  LED球泡灯上运用的阻隔APFC单级恒流驱动,与非阻隔APFC恒流驱动首要差异也是体现在能量依托阻隔变压器,在原边将电能转换为磁,又在 副边将磁再次转化为电能,在进步安全性的一起,转化功率下降了,其功率一般只需80%~85%。相同不可避免的发生100Hz的频闪,其频闪深度可经过输 出端的滤波%&&&&&%操控。

  3.二级恒流(PFC)

  

  图10.1

  二级恒流阻隔驱动,在变压器原边经过APFC芯片U1将驱动的功率因数进步,然后经过变压器将电能传递到副边,副边的恒流芯片U2将输出电流改变为恒流电流,其芯片作业频率大多处于几十K到几百K赫兹的规模。

  该方法驱动,功率因数一般都在0.95以上,并且无100Hz的频闪。可是因为其线路杂乱,本钱较高,功率一般也只需80%~85%,简直没有球泡灯驱动运用到这种驱动方法。

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