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“三大关键”抓住LED照明秘籍要领

2012-9-28 13:55:20 2260

0 本帖最后由 eehome 于 2013-1-5 09:53 编辑想做好一个LED照明产品最关键的几个部分不能不知，就是散热、驱动电源、光源，在此同时，散热显得尤为重要，散热效果直接影响到照明产品的寿命质量，而驱动电源本身的寿命及输出电流、电压的稳定性对产品的整体寿命质量也有很大影响，光源是整个产品的核心部分。下面对散热、驱动电源、光源进行解析说明。一，散热 LED照明灯具散热的问题解答对目前常见的白炽灯泡或是荧光灯来说，即便产品本身运行可能产生热能，但组件的高热仍可以被有效隔离，使光源与电源接座不会因热而产生意外的问题。但固态照明就不同，一来LED组件集中单点的运行高温，必须采取更多积极手段进行散热处理，同时搭配主动有效的热处理机制，才能避免灯具发生问题。LED固态光源热处理问题较传统灯具复杂得多。传统光源或灯具多有运行过程产生高热的问题，例如卤素灯泡或白炽灯泡，若是白炽灯形式，即在特殊处理的灯球内加热钨丝产生光亮。实际上，高温产生在灯丝上而非灯座，即便灯座会因灯球玻璃或是金属受钨丝发光的辐射热、热传导间接产生高温，但产生的温度都在可接受的安全范围，再加上非直接接触传导，安全性也相对较高。但换成LED固态光源形式的灯具，其热处理便可能成为新的应用安全问题。多数人会认为LED具高能源转换效率、低驱动能源优势，自然使用安全性较高，但实际上LED固态光源为了达到日常照明的应用目的，必须透过加大单组组件的功率去强化单元件的输出流明，例如灯具厂会采取多LED组件整合形式加强输出效果，且多组件同时运行也能改善LED固态光源光型偏向点光源的问题，让LED固态光源技术的灯具可产生如灯泡般的面光源效果。如果要强化单元件的输出流明，必须更高的电流，以使LED芯片的PN接面产生更多流明，但更高电流也会让单点LED组件的温度升高、更难处理，甚至为了提高灯具的光型表现、发光效率而采取多组件并用形式，也会使LED灯具的高温问题加剧，让散热问题更难处理。综观目前LED灯具市场的发展趋势，多数LED光源的厂商大多会先以市场为主导，因为高单价、高利润，也可以借由技术差异迅速打入发展技术较前卫的LED 光源市场，例如，针对室内装潢、情境灯具应用的嵌灯、壁灯、吸顶灯就成为LED光源灯具较常见的设计形式，其替换传统灯具后的省电效益亦最受相关业者关注。 LED光源灯具必须重点处理的热管理设计，在可能于密闭或半密死循使用的嵌灯、壁灯、吸顶灯产品，形成更严苛的挑战，灯具开发商必须从材料、产品构型、主 /被动散热机制、驱动芯片设计等方面投入更多资源，以避免产品的问题肇生。特别是LED嵌入式灯具体积小，且常采多组件整合，模块的散热设计难度较高。嵌入式灯具外壳采铝挤型或散热片设计，可发挥自体散热作用。但这还远远不够...... LED热管理：NTC持续运行温度维持LED灯使用安全若LED灯具没有搭配足够的热管理设计，在使用过程中可能会导致灯具因为经常性高热运行造成寿命锐减，产生必须频繁更换故障LED灯具的困扰，严重者甚至可能酿成意外，因运行高温造成线或是周边装潢着火燃烧！在产品开发阶段，可运用智能型LED灯光控制技术，透过主动式的监看LED灯具与整体光源模块的温度表现，简化装置的热管理工作，同时当灯具与周遭温度上升至区段时，灯具必须降低电功率、减少LED亮度输出，以此提升LED固态光源灯具的使用安全性。像LED吸顶灯外壳考虑较简单的设计形式，若灯具本身所使用的驱动器功能较聚焦于电源转换与LED组件驱动，并未内嵌温控微处理器与散热处理模块，为避免增加产品原料件的成本，LED灯具可整合NTC(NegativeTemperatureCoeffient)负温度系数 ThermistorSensors电，是成本效益相对较高的安全设计方案。所谓NTC电，其设置目的是藉由透过电子回去监看LED的模块灯具温度，透过默认温度警示或是对应自动处理驱动状况，采关闭LED固态光源模块方式，来提升LED灯具的使用安全，同时NTC电也能降低设计的复杂度。由于NTC电的温度系数非常大，因此可以侦测得知微小的温度变化表现，被广泛应用于需量测、控制与补偿温度的相关电设计中，而NTC电在LED光源模块设计中，基本上为量测LED固态光源灯具的产品周边温度变化，至于量测状况会随着NTC改变的电压现况，直接测得电压和NTC电的温度对应关系。当NTC和周边电或整个模块温度提升时，NTC电的电阻随即降低，产品可依此相依关系进行相关安全控制机制反馈，例如减少LED发光组件的驱动电流或是直接强制关闭灯具照明，在灯具温度问题改善后自动回复照明状态，藉此获得灯具使用的安全性。二，驱动电源 LED驱动电源也是一个配套产品，目前市场上的电源品质参差不齐，下面提供一些LED驱动电源的相关知识。 1、什么是LED驱动电源 LED驱动电源把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。LED电源核心元件包括开关控制器、电感器、开关元器件（MOSfet）、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠压保护电路，LED开路保护、过流保护等电路。 2、LED驱动电源的特点（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，也就降低了灯具的温升。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，但晚上使用照明量大，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也就是“中科慧宝“改采用的驱动方式，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。因此分析“中科慧宝“的驱动电源在浪涌保护方面应该有一定的欠缺，而至于电源及灯具频繁更换，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；要符合安规和电磁兼容的要求。 3、按驱动方式分类（1）恒流式恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路；恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高；应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量。（2）稳压式当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路；以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；亮度会受整流而来的电压变化影响。4、整体恒流和逐路恒流工作方式优缺点与整体恒流相较，逐路恒流虽然缺点比较多，成本也比较高。但是它能真正的起到保护LED和延长LED的寿命，所以逐路恒流才是未来的趋势。5、LED电源的不足LED驱动电源目前存在不足的原因：生产LED照明及相关产品的公司的技术人员对开关电源的了解不够，做出的电源是可以正常工作，但一些关键性的评估及电磁兼容的考虑不够，还是有一定得隐患；大部分LED电源生产企业都是从普通的开关电源转型过来做LED电源，对LED的特点及使用认识还不够；目前关于LED的标准几乎没有，大部分都是参考开关电源和电子整流器的标准；现在大部分LED电源没有统一，所以量大部分都比较小。采购量小，价格就偏高，而且元器件供应商也不太配合；LED电源的稳定性：宽电压输入，高温和低温工作，过温、过压保护等问题都没有一一解决；首先是驱动电路整体寿命，尤其是关键器件如：电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命；是LED驱动器应挑战更高的转换效率，尤其是在驱动大功率LED时更是如此，因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散，电源转换效率的过低，影响了LED节能效果的发挥；目前在功率较小（1-5W）的应用场合，恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1/3，已经接近了光源的成本，一定程度上影响了市场推广。 0
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