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提高LED环保节能照明的电源稳定性及寿命

上传人:未知

上传时间: 2010-11-27

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  将低碳环保的LED应用于照明,是照明史上新的里程碑。

  LED的正向压降与PN结的温度系数为负,温度升高时,LED的正向压降会降低,所以LED不能用稳压电源驱动,更不能直接采用市电。否则,随着LED工作时温度升高、电压下降而电流增大,会造成LED损坏,因此必须采用混联方式。其线路的优点是简单、稳定、可靠性高,对器件一致性要求较低,当个别LED失效时,对整体发光组件没有产生太大的影响,使用这种混联方式在工作环境变化时,发光器件的组合性能可达到较好的效果。

  LED环保节能照明的驱动电源工作原理是采用交流110~240V、50~60Hz经整流变换为直流降压供电。如何选择高效的变换效率、较小的体积和较低的成本,电路中如采用变压器及整流电路,虽然电路简单,价格便宜,但体积大,效率低,负荷变化大;如使用串联调压器,虽是电压稳定,负荷变化小,但仍体积大,效率低,且发热量大,价格高。


图1

  设计目的:用市电驱动LED首先要解决降压和整流问题,还要解决安全隔离和考虑到电磁干扰波对电网的影响,选用不同的驱动电路形式会产生出不同的干扰波,经采用ATTEN测试仪测试,根据显示器上的图像分析,在20M频率附近,出现的干扰波达40db以上,由此可知,40db的干扰波将会对电网和部份民用家电的使用产生影响。应对其电子线路进行改造,经重新改进试验(原理图),在整流电路上增加扼流圈与电感(图1),减少杂波进入驱动电路,同时加大旁路电容的容量,使信号反馈增大,并抑制被放大而影响后级电路,调整后的情况,已衰减到20db以下的范围(图2)。如何延长LED环保照明驱动电源的使用寿命,并尽量减少发光体的衰减,保持发光效率1W时达100Im,色温4500~6500K,使18W功率达到40W发光效果,在采用288颗LED的串、并联电路中,可节能55%,如按上述情况,电源使用寿命则不相匹配。经过试验,应采用转换式的电源电路,其优点是体积小,效率高,虽电路复杂但价格适中,关键是如何严格选取电解电容器及光电藕合器。正弦电流对电解电容器的使用寿命影响最大,而室温每下降5℃使用寿命可增加1倍,要延长电源的使用寿命,需注意本身的散热效果,还要避免室温效应的影响。


图2

  电路分析:当市电通过电路整流时为安全起见安装上保险管,并通过L1扼流圈及CX1、CX2旁路电容产生π型滤波器对杂波信号进行前期抑制,再经T1变压器和L2空芯线圈的隔离过滤信号源,以免杂波进入后期电路被放大而产生干扰波。电路采用全桥式整流,经C1、C2、C3电解电容二级滤波后,信号源进入IC电流模式PWM控制器,以高性能、低待机功耗的离线反激变换器的控制,抖频工作技术及带软开关控制的图腾式驱动,由Q2场效应管栅极控制信号源进入IC栅极驱动输出高电压钳位,当高电位时示波器显示出上宽下窄的方型波,低电位则产生上窄下宽方型波而相互牵制,再经振荡放大后,信号源通过高频变压器耦合输送给Q1光电耦合器进行控制,以达到稳定的恒流稳压状态(图3),为LED照明提供稳定的110V驱动电源,并在电路上形成弱地及冷地的隔离,充分保证LED照明的安全使用。


图3

  使用效果:当LED的工作温度超过规定的温度,每上升1℃时,其发热强度及使用寿命都会受到影响,目前,如何解决LED与稳压电源的使用寿命和相符匹配问题,是电子工程师们新的课题。因为从理论值上假设LED在使用适当时,使用寿命可达5万小时以上,而目前驱动电源的使用寿命一般在2万小时左右,如何提高稳压电源的使用寿命,通过试验得到经验是:虽然一体化的驱动电源处理恰当的话,使用寿命可达2万小时左右。如果选用105℃优质电解电容,采用分立分体形式,在保证电路元器件的稳定一致性及设计耗损合理性,让散热达到最佳效果,将使用寿命提高到3万小时左右是有可能的,且有利于考虑各种综合因素的可行性方案。

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