LED驱动电源的选择和设计原则

2023/10/24 | 作者：BOB体育地址

　　在另一个极端，很多LED驱动电源内部都有电容器，其耗用电流与电力线电压的变压速率成正比。这就造成驱动电源吸收的电流超前于电力线电压，这就叫做超前功率因数。从电力公司的角度来说，不希望有任何形式的低功率因数，尤其是相邻的客户分别有超前和滞后功率因数，理论上会产生所谓的共振效应，这会造成大的有害电压波动。所以，工业和商业大楼内如果功率因数较低，都可能会要向电力公司缴纳额外费用。

　　D）调光性能一致性：在评估调光驱动电源时，尝试从全亮快速调至全暗，然后在返回。然后再快速打开再关闭，观察是不是有不正常的情况发生。

　　如果LED灯组的温度合适控制，则应该在5万小时后仍能维持初始光输出的70%以上。显然，希望LED驱动电源能达到同样的寿命。LED驱动电源的寿命由内部称为电解电容的器件所决定的。电解电容就像小电池，其内部的电解质会在器件的寿命期内逐渐蒸发。蒸发速度决定于驱动电源内部温度，因而与驱动电源容器的外部温度相关。

　　有些LED驱动电源产生恒定的直流电平，将其向下调节由此产生调光效果。这种方法有时称为模拟调光。对于重要场合及办公室照明来说，这是最为省心的调光方法，但成本会高于数字调光。

　　大多数LED驱动电源的规格书都会掩盖响应时间问题。为了感受LED驱动电源的响应时间如何，最好要实测验证。需要查看的方面包括：

　　不一样的种类的产品从电源线中吸收电流可能会与电源线路电压不同相。例如，空调风扇感应电动机的电流在主电压的每个半周期内的增加需要一段时间，因此当线路电压达到峰值时，电动机吸收的电流仍在上升，吸收电流可能比正弦波更优或更差，但在交流电力线周期的任何一点，电动机吸收的电流总比电力线电流滞后。这叫做滞后功率因数。

　　LED灯组主要有两种类型：使用恒压电源（CV）驱动和使用恒流电源（CC）驱动。这两种不同种类的LED灯组内部结构有着本质区别。恒压灯组内有限流器件，避免电流过高造成LED过热。这一些器件可能是普通的电阻器，或者恒流电阻器（CCR），后者是一种新型半导体限流器件。甚至有可能是某种类型的开关调节器，其效率最高但也是最贵的限流器。相反，恒流LED灯组则采用串联LED连接，也可能将灯串再并联的结构。

　　一般经验表明，功率因数和THD相辅相成，差的THD意味着差的功率因数。但在理论和实际中也有一定的可能一个指标很好，而另一个指标较差。例如，白炽灯的THD非常完美，但端子上跨接一个大电容，使其功率因数很差。另一个极端是，LED驱动电源可能从电力线上吸收方波电流而非正弦电流，与电力线电压的相位完美同相，其功率因数很好但THD很差。

　　为确保电解电容的寿命在必需温度下超过LED灯组的寿命，制造商一定要采用长寿命的电解电容。

　　在LED驱动电源的规格书中会有一些术语，比如THD、PF和宽输入电压。这些概念解释如下：

　　总谐波失真（THD）：理想的LED驱动电源从电力线上吸收电流，形状为完美正弦即为零THD。然而，LED驱动电源内部的功率处理会造成功率吸收不均匀，在电力线的电流波形中产生扭曲和失真。真正关心THD的机构只有电力公司和建筑物的物业公司。在失真线路电流波形的谐波频率方面，可以方便地分析电力线失真。

　　宽输入电压：在美国，大多数商业和工业照明使用277V，而消费和零售照明大多数使用120V。能够同时在两种电压上使用的LED驱动电源称为具有宽电压输入功能，这种自适应是完全自动的而且可逆的。照明OEM经销商希望库存宽输入电压产品，这样就不需要过多的担心需要哪种电压。

　　在美国，LED驱动电压需要满足CFR47 Part 15的要求。有两个标准：Class A设备适用于商业和工业应用，Class B设备产生更低的干扰水平，比如可以在电视机附近使用。对于消费者应用来说可能靠近电视机，会需要更严格的Class B标准，包括放射辐射测试，然而极少LED驱动电源按照Class B标准做认证。对于Class A设备来说允许LED驱动电源制造商自认证，但更严格的Class B测量则要由许可测试实验室做，费用会更高。

　　LED驱动电源输出中的纹波百分比（两倍于线路频率）对应于光输出中的频闪。很多LED驱动电源通过以很高的频率（通常为数百赫兹，有时为千赫兹量级）开关而产生调光。人眼对这种高频完全毫无觉察，只是感知到较少的光线。这叫做脉宽调制调光（PWM）或者数字调光。然而，需要明白有些可调光LED驱动电源仅以两倍于线路频率对光线进行开关。在较低调光水平上，结果可能是类似于老式磁性镇流器的光输出效果，频闪可能非常容易被觉察。此外，若使用可控硅（TRIAC）调光器无法在正负半周期均匀调光，则可能向PWM引入容易觉察的线路频率分量。

　　例如，在美国三阶谐波对应180Hz，这个谐波对于建筑的物业公司很重要，因为电力公司通常通过四线向大楼供电，一根为中性线，其中承载的电流很小。但是，如果大楼吸收电流内的三阶谐波在中性线内累积，有大量照明电子设备的THD指标很差，尤其是很高的三阶谐波，则中性线有几率发生过载发热。历史上有很多著名案例，因大楼内的磁性镇流器产生过量三阶谐波造成中性线过热而导致大楼火灾。

　　再打开驱动电源时，光线应在来自秒或更短时间内稳定，亮度变强方式应稳定。

　　如果是调光驱动电源，打开时应为全调光而不能是其他调光水平，然后在降低至所需的调光水平。

　　人眼对闪烁的反应可以追溯到我们的穴居祖先。一佰万年前，如果我们的祖先从眼角处感受到捕食者的动静，他们就有机会逃走并生存下来来。我们都遗传了他们可以感测远处细微运动的特质。因此，我们对于光线Hz）范围内极小变化非常敏感。相比而言，我们的祖先从经受过高频光线Hz），所以我们的眼睛对此类波动的敏度程度相对较弱。事实上，大多数人根本感觉不到这种波动。

　　为了考察哪些功能最重要，我们先讨论一下人体感知问题。人眼能够注意到的光变化量与已经看到的光量相关。LED灯的光输出与流经LED的电流大概成正比关系。因此，调光至50%几乎很难被人眼觉察，调光至10%只是调光器的几度而已。若需要明显的视觉调光效果，则需要能够调光至1%（相比而言，电影院需要调光范围低至0.1%）。这并不意味着高于1%的调光没有作用，事实正好相反。如果LED灯调光至10%，就能节能90%的能耗。这个节省量是相当显著的。因此，结论是任何程度的调光对于能耗都是值得的。相比而言，若需要微光照明的房间或剧院，则驱动电源一定要能调光至1%以下，直至0.1%。

　　在欧洲使用的是CISPR 15标准。应了解的是CISPR 15标准中产品输出中对于传导辐射的测试是可选的，仅在LED负载远离驱动电源安装时才会需要。对于任何一种，产品都可公布为符合CISPR 15。要查找产品是不是经过输出辐射测试，唯一办法是索要认证文件副本。

　　环境坚固度通常用IP等级表示，其中第一位数字表示机械保护等级，范围从0到6（0为铁丝网；6为不可穿透的容器）。第二位数字表示防水等级，范围从0（无保护）到8（适合永久性水下工作）。所有密封容器都能够达到机械等级6，即使密封并未焊接。但是，IP65表示产品能承受所有方向的低压水喷射。实际上，极少应用需要这种等级。如果LED驱动电源用在灯具内部，而灯具安装的地方为建筑物外部某个突出部分下方，则IP61就足够了，因为虽然会有凝结水，这种水不会被强制进入产品容器内部。没有必要选择高于需要的高IP等级，因为大多数情况下这会增加不必要的成本。

　　如果仍在选择LED灯组的阶段，对于灯槽等应用因不能准确知道采用多少个LED灯串而无法确定吸收电流的准确值，因此恒压（CC）比较适用。如果LED灯组是恒压变化，则对于固定的输出电压，就有一个固定的电流范围。确保驱动电源提供正确电压，允许的输出电流范围能够包含LED负载的吸收电流。

　　如果知道吸收电流的准确值，则最好要选择恒流型驱动电源，因为这通常是最高效的方案。如果LED灯组需要恒定电流，那么就选用恒流LED驱动电源。这种驱动电源会有一定的驱动电压范围，即最低电压和最高电压。需要确保LED灯组的电压要求位于这个允许范围之内。

　　B）响应时间：在产品设计过程中，在输出的频闪量与调光输出响应时间之间有必要进行折衷。理想状态下，频闪不应被感知，而且在调光器接到命令后的输出应非常迅速，让人感觉到即可发生。一般来说，两秒钟延迟是更高质量光输出（低频闪）的一个不错折衷。

　　C）调光深度：这个参数通常会在LED驱动电源规格书中回避，应比较不同的调光器来选不一样结果。

　　人们仍在争论的问题是这种频闪并非仅是频闪。现代的LED灯具如果存在频闪的线Hz波动内含有平滑的交替变化，频率为线路频率的两倍。即使这种频闪接近100%，所产生的频闪也比磁性镇流器低得多。为验证这种观点，过去在磁性镇流器上所做的大量频闪影响研究需要在LED照明上重新进行。同时为了安全起见，建议在重要和办公室LED照明中驱动电源的输出120Hz纹波应低于10%，对于LED装饰照明（筒灯、壁灯等）则可接受高达100%的频闪。目前大多数路灯都是采用磁性高强度放电电源驱动，实质上存在100%频闪，因此能推论这种室外照明中可接受高达100%的频闪。

　　LED驱动电源标签上会有一个名为“热区”的小圆圈，或者为Tc点。这个区域通常是容器上的最热点，用于决定容器温度。制造商会规定一个让产品UL认证保持有效的最高温度。但是要明白，如果驱动电源接近这个极限温度，其工作寿命通常会比低温状态下短。驱动电源制造商会提供驱动电源寿命与热区温度之间的关系曲线，下图是典型LED驱动电源的温度寿命曲线%通常是可接受的，低于10%的THD则为特优性能。在个人家庭中THD基本上没有什么作用，因为家庭中照明不有几率会成为功耗的主要部分，不像商业或工业建筑中那样照明会有很大影响。

　　功率因数（PF）：对于正弦电压和电流波形，其定义为LED驱动电源所吸收的功率除以所施加电压与所吸收电流之积。对于失真电压和电流，一般定义为如果吸收电流与线路电压同相，则功率因数接近一致，随着吸收电流逐渐不再跟随电压波形而逐渐降低。传统的功率因数标准为0.9及以上。低于此值都有产生问题的可能性。如果不提及功率因数，则默认值称为普通功率因数，这是功率因数低于0.9的委婉说法。在某些情况下，某些廉价的照明产品中有可能低至0.4。对于消费者家庭来说，几只普通功率因数的灯泡可能无关紧要。但如果要在工业或商业大楼内安装大量普通功率因数的产品时，则要仔细思量了。

　　对于LED灯具生产商来说，LED灯珠及灯组的选择本身就相当复杂和微妙，但LED驱动电源的选择却更加令人困惑，有些模糊不清的术语就连专家都莫衷一是。在选择LED驱动电源方案供应商或供应商时，需要考察哪几个方面，询问哪一些问题呢？对于正在对照明行业进行革命性转变的LED照明来说，变化速度可谓惊人不已，怎么样才可以擦亮眼睛做出正确选择呢？

　　在照明领域，频闪的定义是光（或者LED电流）波动的百分比，为线路频率的两倍，表示为LED稳定光（或直流电流）的百分比。20年前，大多少商用和工业照明都采用磁性镇流器驱动的荧光灯管。这种光源在电源线电压周期峰值附近产生强闪光，所以整个光输出是由一系列闪光构成，其频率为电源线路频率的两倍。据发现，即使大多数人无法感测这种波动，部分人在这种光线下会出现头疼和其他紧张症状。为了消除磁性镇流器的频闪问题，开发出的电子镇流器能将频闪降低到2%以下，从此不再出现这样一种抱怨，因此2%频闪很快成为优质照明质量的行业标准。