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LED照明驱动器如何准确选型 一

来源: 乐图科技Ledtu
2022-05-19
类别:设计应用
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文章创建人 拍明芯城

原标题:LED照明驱动器如何准确选型 一

  LED照明因其绿色、环保、节能、寿命长等优势,受到了全球照明人的追捧与广泛应用。放眼各大照明应用领域,几乎随处可见LED的踪影,比如LED筒灯、射灯、吸顶灯、面板灯、球泡灯、蜡烛灯、三防灯、支架灯、条形灯、路灯、工矿灯、隧道灯、……等。

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  有别于其他照明技术,LED照明因其直流特性,几乎所有的LED照明应用都需要为其配备LED照明驱动器,因其在配套应用中的重要性,LED照明驱动器也被行业广泛视为LED照明的心脏,如何为各类LED照明应用选择合适的驱动器,就显得非常重要。

  01

  恒流?恒压?亦或是恒功率?

  恒流?恒压?亦或是恒功率?这个指的是LED照明驱动器的输出特性,即驱动的输出直流电是恒定电流不变的恒流模式(英文简称CC Mode),还是输出直流电压恒定不变的恒压模式(英文简称CV Mode),或者是输出直流电功率恒定不变的恒功率模式(英文简称CP Mode)?

  之所以需要明确驱动器的输出特性,主要是因为LED照明实质为半导体照明,其本身具备半导体二极管的伏安特性,即如下图,当施加在LED上面的正向电压小于其正向导通电压之前,LED的导通电流随电压变化不大,但是,当电压大于正向导通电压之后,LED的电压将被钳位在LED正向电压附近,导通电流则迅速增大,甚至大到将整个LED击穿或烧毁。从伏安特性曲线很容易看得出,LED电压在其正向导通压降附近轻微变化,将可能导致LED的导通电流发生急剧变化的可能。所以,直接采用电压型驱动器给LED照明供电是不可取的。

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  因此,LED照明应用中,选用输出特性为恒流模式的驱动器是最合适的。

  那么,为什么还会有恒压模式和恒功率模式的LED驱动器呢?

  首先,恒压模式的LED驱动器,一般不会直接驱动LED负载,而是根据需要,在恒压LED驱动器后面连接一个或若干个恒流模式的LED驱动器,再由这些恒流LED驱动器直接驱动LED,这在景观照明、亮化等领域被广泛应用,近些年,随着植物照明的兴起,恒压模式LED驱动器也逐渐被更多地采用。

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  其次,恒功率LED驱动器,归根到底还是恒流驱动器,只是驱动器为了兼容更多型号的需求,在功率设计方面做了部分冗余设计,即,将一定范围内同等功率的低压大电流,与高压小电流型号兼容设计到一款产品上,客户可以根据需要选择设置输出低压大电流,或者是高压小电流。这里特别说明两点:

  1)  考虑到成本及实际应用的需求,这里所谓的恒功率,只是一定小范围、小比例的恒功率;

  2)  不管是低压大电流,还是高压小电流,其输出电流都是恒定不变的,即,恒流模式。

  乐图科技提供的各类LED驱动器基本都是满足各种应用领域的恒流模式驱动器,也会根据客户的不同需求推荐相应的恒压或恒功率驱动器,具体细节,可以随时联系乐图科技的售前技术服务。

  02

  输入电压范围

  全球照明网络,除特殊应用领域,基本上都是由当地的电网提供电能供给,而全球电网虽然基本都是交流电,但是因技术原因或地域、历史等相关因数,造成全球电网电压并非统一。

  比如我们国家是单相220V的交流电网,欧洲大部分国家采用的也是单相220V的标准,当然也有230V,240V等,而日本常见交流电网是单相100V交流电,美国则是单相120V,240V不等。

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  五花八门的电网电压标准,给LED照明驱动器的选型也带来了不小的麻烦,如何才能做到既满足要求,又合理控制成本呢?

  首先,从技术上考虑,设计既满足低压电网需求,又满足高压电网需求的LED驱动器,这是完全做得到。例如,乐图科技的FX系列、UK系列等产品,其输入电压范围为100-240V,基本满足了全球各种照明电网的标准,不用担心电压不匹配问题。

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  其次,随着中小功率LED照明竞争日益激烈,各大LED照明生产商都极力控制成本,在一些明确电网应用的照明市场,制造商会选择缩小LED驱动器的输入电压范围,尽可能地控制物料成本,比如,乐图科技设计生产的满足欧标、澳标及国标的高压输入产品,ZA、ZJ、ZL,……等系列产品,其输出电压范围标准为200-240V,既满足明确目标市场应用的需求,又有效控制产品成本,提升了LED照明灯具制造商的产品竞争力。

  03

  裸板?还是带壳?

  LED驱动器核心包括高频磁性器件、半导体器件及集成电路、阻容、安规器件、电路板等,根据不同应用领域,LED驱动器制造商可以提供裸板式LED驱动器,也可以提供带壳的LED驱动器。其中,裸板式驱动器,一般以内置安装为主,大多会涉及到驱动器与LED灯具内部结构匹配等设计问题,所以,此类驱动器一般多为定制开发。例如,乐图科技为大客户配合定制了大量的筒灯、射灯、投光灯、条形灯……等需求的裸板驱动器;同时,乐图科技也提供了大量带壳的标准化LED驱动器,其中包括塑料外壳及金属外壳。

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04

  高P还是低P?

  这里的P是PF,功率因数(Power Factor)的简称,是一项评估LED驱动器对交流电网影响,对电网电能质量污染的重要指标。其优劣情况以0~1之间的数值进行评估,数值越小表示PF值越小,俗称低P;数值越大,表示PF值越大,俗称高P。

  PF具体的物理意义及对应技术手段与实现方式等,这里因篇幅问题,不展开,感兴趣的朋友可以关注乐图科技微信公众号即将推送的技术分享专题文章《高P还是低P?》。

  我们选择LED驱动器型号时,只要简单记住如下几点相关即可:

  1)  PF值越高,表示驱动器对交流电网的影响、污染越小,反之亦然;

  2)  各国标准中对PF都有相应的要求,但是,功率小于25W的LED照明不受要求,因此在小于25W应用的LED照明领域,LED驱动器可以选择低P的;

  3)  高P的驱动器成本一般都是要高于低P的;

  4)  一般情况下,高P的产品,其满载时的PF值都应该在0.95及以上,否则属于性能比较一般,甚至比较差的,乐图科技全系高P产品都符合PF大于0.95,大家可以放心选用;

  5)  对于低P产品,其PF值一般也能达到0.4~0.5左右,如果比这个数字还低,那要考虑产品是否损坏,还是设计严重缺陷。

  05

  输出电压、电流范围

  LED驱动器的输出电流是恒定的,比如350mA,400mA,……,1050mA,……,当然也可以根据客户需求设定,经过行业几年的发展,这个电流值根据不同的应用类型,基本有了一些常见的数值,比如700mA,900mA,1000mA,1050mA等。

  这个数值的来源主要是由LED灯珠额定电流及其并联数而定,比如,单颗LED的额定电流是60mA,有10串LED并联,则其需求总电流就是60mA*10=600mA,以此类推。

  特别说明,LED灯珠的工作电流一般可以工作在一个范围,比如刚举例的60mA,其规格书上有关该电流的描述应该是一条曲线或数值区间,比如40~60~80mA区间,在保证LED的合理散热情况下,其电流用得越满的话,灯珠的成本越低,但是,一般其光效也会适当降低,反之亦然。所以,很多客户根据实际需要,并不一定把LED灯珠的电流设置在其推荐的中心值,这也是很常见的。

  关于LED驱动器输出电压,一般会提供一个范围,比如27-45Vdc。这是一个比较宽的电压范围,主要是几方面的考虑:

  1)  LED负载的电压由LED灯珠的电压与灯珠串联的数量决定,常见的单颗灯珠电压是3V左右,10颗串联,则需求电压是30V,以此类推;

  2)  很多时候,同一款驱动器需要满足不同客户的需求,比如有10串的客户,也有12串的客户,当然可能也会有15串的客户,则27-45V的产品可以满足所有这些需求;

  3)  LED灯珠的工作电压会随着环境温度的变化而变化,一般低温时,其正向压降较高,高温时,正向压降低,为了保证在不同温度下,驱动器都能正常驱动LED负载,驱动器的输出电压必须覆盖LED负载电压变化的范围;

  06

  驱动器效率

  LED驱动器一般都是高频开关电源,采用的是高频电力电子电能变换及其控制技术,一般电能的转换效率都比较高,在中小功率应用领域,考虑到电路一些固有损耗,整体的驱动器转换效率都能达到86%以上;在中大功率应用领域,因为固有损耗的占比相对较小,整体的效率可以做到90%以上,甚至达到95%左右。

  一般情况,同等功率等级的驱动器,输出类型为高压小电流的产品效率略高于低压大电流,所以在没有特殊要求的情况下,一般建议客户选用高压小电流的型号。

  07

  频闪与否

  确切的讲,频闪这项指标是针对灯具的,因为产生频闪的重要源头在于LED驱动器,所以在选型时,就非常关注驱动器这方面的性能。

  详细的频闪问题及相关介绍,感兴趣的朋友,可以关注乐图科技微信公众号,在历史消息中搜索《LED照明频闪相关问题的解析》。

  与LED灯具频闪对应关系的是LED驱动器输出电流纹波大小,以及纹波的频段。从上述文章介绍中可以得知,频率较低的频段,允许的纹波大小较低;频率较高的频段,允许的纹波大小较高。

  按照专业的术语、标准,用专业的仪器测试,则乐图科技设计及生产的所有LED驱动器都符合标准要求的频闪限制要求,大家可以放心选购。

  这里需要特别说明的是,在LED驱动器选型中,大家约定俗称的频闪问题,与测试标准的频闪不完全对应一致。

  一般情况下,大家把LED驱动器输出电流纹波≤5%以下,称之为无频闪驱动器,把5%~30%之间的称之为有频闪。

  当然,具体的数据可能也有不同的界定,但是,关注的重点基本上都是通过这个简单、快速地明确LED驱动器的电路结构。

  1)  常见单级原边恒流PFC驱动器,其输出电流纹波能控制在30%及以下,俗称一级电路,“有频闪”,因此电路简单,成本低,同样被广泛应用;

  2)  单级原边恒流PFC+副边去频闪集成电路驱动器,其输出电流纹波能控制在5%甚至更低,俗称一级半“无频闪”,电路简单,成本适中,性能不错,被大范围应用;

  3)  电荷泵+LLC恒流驱动器,其输出电流纹波能控制在3%及以下,俗称电荷泵“无频闪”,但是,因其应用对输入电压范围、负载范围等有一定的要求,目前有待进一步观看市场接受程度;

  4)  两级功率变化驱动器,其输出电流纹波可以控制在3%及以下,俗称两级“无频闪”,随着技术及产业链的发展,该方案的成本得到有效的控制,性能各方面表现优秀,正在受到市场的广泛追捧。乐图科技也推出了对应的、广受市场及客户好评的ZJ系列产品。

  特别说明,以上几种方案市场上都有对应的产品,乐图科技也同样都有对应的产品,正所谓一分钱一分货,不一定是性能最好的就是最合适的,关键看整体的考虑。

  08

  一类或者二类驱动?

  确切的讲,LED驱动器没有一类或二类这样的分法,但是LED照明灯具是有一类、二类之分的。为了快速确定所选驱动器是否适合对应灯具,所以,便有了大家俗称的一类LED驱动器或二类LED驱动器。

  一类、二类如何区分,具体可以关注乐图科技微信公众号即将推出的《何为一类?二类?》。这里,我们只需要简单地了解如下几点:

  1)  一类灯具进行整灯EMI测试时,交流输入为零、火、地三线;

  2)  二类灯具进行整灯EMI测试时,交流输入为零、火两线;

  3)  不管是一类还是二类,都要求EMI测试符合要求;

  因此,根据匹配一、二类灯具需求,评估对应的LED驱动器是否能满足对应的功能,从而进行产品选型。

  同样的问题,一分钱一分货,并不是满足所有性能的驱动器就是最好的,关键看合适。乐图科技推出了多款适合一类、二类以及一/二类需求的驱动器,供客户自由选择。

  09

  隔离与否

  隔离,指的是驱动器的交流输入与直流输出之间是否存在电气隔离?一般情况下,可以通过高频变压器实现隔离,这样的驱动器,一般电路相对复杂、成本较高、整体效率也会略低,但是,隔离意味着安全,意味着灯具在安全设计方面可以较容易实现,对应成本较低;反之,非隔离的驱动器,电路相对简单,成本较低、整体效率较高,但是,非隔离意味着危险,意味着对应灯具在安全设计方面需要更多的考虑与设计,对应成本上升,最终灯具的综合成本不一定就低。

  所以,综合考虑,目前LED照明领域,绝大部分的应用还是以隔离型驱动器为主,一些功率较小、成本敏感型的应用领域,对非隔离驱动的需求也越来越大。乐图科技都有对应的可选产品。

  10

  接线方式

  LED驱动器的输入输出,根据不同应用有多种不同的接线方式:

  1)  输入输出根据客户或市场要求,出厂前就带好输入输出线的;

  2)  输入输出为接线端子,不带线;

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  说明:

  接线端子根据不同应用领域,也有多种不同的要求,目前较为常见的有两种:一种是锁螺丝的方式,连接可靠,但是相对费时;另外一种是按压式,连接方便,但是需要额外的拉拔力保护装置。


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