高效率的LED照明电源设计

2022-05-10 08:45分类：电子元器件阅读：

效率高的LED照明电源设计

规范灯泡已经历经一场改革。出自于维护电力能源和解决全世界气候变化的考虑到，英国一些州和其他一些我国逐渐不准应用低能耗等级的

白炽灯。各种各样新技术应用正陆续被用以更换白炽灯，在其中紧凑真空泵荧光灯管(CFL)是关键取代计划方案。虽然这类CFL灯的功能损耗仅为日光灯的20%，但却带有有毒物质汞。比较之下，LED灯能够带来更有效和更环境保护的解决方法。

最开始的行业运用经常出现在上世纪七十年代，但因其光輸出极低，运用范畴也仅限显示灯和计算方式显示器等行业。现如今，可以造成白光灯的大功率LED在效果层面持续得到提高，价钱也在逐渐降低，因而它已变成流行照明灯具运用非常值得考量的选用之一。预估伴随着LED技术性的发展趋势，到2012年其放光高效率将做到150流明度/瓦，1000流明度的费用将不够5美金(材料来源于：OIDA)，到时候LED有希望变成室内采光的具体来源于。

恰好是因为了解到应用LED来完成规范电灯泡更换的总体目标是彻底有效的，也为了更好地往降低住房、办公场地、加工厂和市政工程工程建筑中照明灯具能耗的城市道路上迈开十分关键的一步，美国众议院专业开设了一项1,000万美金的高额巨奖，用于奖赏第一家开发设计出60瓦日光灯更换照明灯具(在规范 A19电灯泡中应用LED)的企业或是本人。该荣誉奖是“照亮明日照明灯具奖”(Bright Tomorrow LighTIng Prizes)的分项目奖，而“照亮明日照明灯具奖”恰好是近期刚变成英国宣布法律法规的《能源独立和安全法案》的构成部分。该荣誉奖一旦尘埃落定，美政府购置公司办公室就务必购置该类LED灯泡并在全部政府部门办公场地中应用。照明工程师小区但是，要想选取该荣誉奖，设计方案务必做到下列标准：电灯泡务必可以造成900流明度的光；功能损耗小于10瓦(发亮高效率超过90流明度/瓦)；相对性led色温(CCT)务必处于2750K至3000K中间；预估工作中使用寿命要做到25,000钟头之上，且流明度保持率是70%；电灯泡务必能大批量生产和很多市场销售。

因而，有心争夺此大奖的设计方案技术工程师所面对的首要情况是，设计方案出的开关电源务必能效率高地推动LED，使之做到需要的色度，并且在达到EMC政策法规规定的朋友，线路板的容积要非常小，便于装进一般照明灯具。因为务必在LED技术性、设计方案和完成层面获得重大进展，因此不管是谁变成 1000万巨奖的最后获得者，都将实至名归。LED现阶段所到达的最大发亮高效率大概为75流明度/瓦，但LED生产商已经获得较大进度，一旦LED的发亮效果做到100流明度/瓦的水准，LED灯将能完成90流明度/瓦的总体目标。殊不知，这仍要应用能耗等级为90%、十分紧密的开关电源。

企业现在可以设计方案出可以装进电灯泡机壳的开关电源计划方案，其能耗等级超出90%，低成本且合适大批量生产制造。文中探讨的一款根据Power IntegraTIons企业的LNK306PN的10W电源设计简易、低成本，不但其工作效能达到91%之上，能给予稳定的LED电流量，并且能达到EMI规定。

高效率开关电源是完成开发设计日光灯更换计划方案的必需要素，但最先会遭遇排热难题。比如，高效率为70%的开关电源会将30%的电力转化为能源，除非是将热能释放出来，不然电灯泡溫度的相继升高可能大幅度减少LED和开关电源的使用期限。更主要的是，应用高效率开关电源是尽量避免说白了的“照明灯具成本费用”的一个基本上规定。照明灯具成本费用包含电灯泡(及其拆换电灯泡)的原始费用和耗费电量的费用组成。假如LED灯生产商期望在LED灯销售市场上占取一定市场份额，她们就一定证实其LED灯与同行业相比较具备较低的整体成本费。如图所示1所显示，即便 LED的电源效率提升1%，环保节能实际效果也十分明显。

图1：LED的电源效率即便提升1%，也会产生十分明显的节能环保实际效果。

假如电源效率提升1%，10W LED灯(等同于60W日光灯)将节约0.42美金的水电费。因而，假如电源效率提升10%，则一个1,000流明度LED灯在其工作中使用寿命期内所节约的成本费用将相抵其原始成本费，那样LED灯的“照明灯具成本费用”便会小于日光灯的“照明灯具成本费用”。

下面叙述的电源设计选用了最低的部件总数，但在任何运行情况下的高效率均超出90%。提升电高效率的简易办法是尽可能提升工作电压和减少电流量。为达到这一总体目标，必须串连联接LED，并应用70V/135mA的降血压式开关电源(图2)。此设计方案大概必须 20个LED。但是，假如运用很多的低电流量LED而不是小量的高电流量元器件，将改进光在任何方位上的传播价值，并使一切一个LED的电功率耗费维持在较低的可控性水准，进而减少灯的升温，以增加灯的使用期并提升发亮高效率。图2：推动LED列阵的70V、9W恒流电源降血压式转化器原理图。

该电源设计在底压侧降血压式配备中选用了一个LinkSwitch-TN元器件，能够在90~132V的AC键入电流下给予130mA恒定电流和70V直流电输出电压。(这一开关电源特别适合推动务必选用恒流电源而不是恒流源推动的LED。)

在这个电源设计中，在键入端开展过滤可降低传输EMI，全波整流器将在C2上转化成交流电压。负荷J2、电感器L2和电源开关控制板U1串连联接在一起。LinkSwitch-TN元器件(U1)在片式IC上融合了一个700V的输出功率MOSFET、震荡器、简易的开/关控制回路、高压断路器电流源、频率抖动电源电路、逐周期时间限流器及其热关闭电源电路。

根据LinkSwitch-TN的电源开关控制回路能够维持輸出稳压管，进而还可以依据工作电压转变和载荷情况对电源开关周期时间开展也就能和严禁(绕过)。在正常的工作中期内，假如从光耦合器U2的晶体三极管馈入意见反馈(FB)脚位的电流量超出49μA，则将绕过全部电源开关周期时间。每一个通断周期时间进行时FB脚位开展取样，以明确是不是要绕过该周期时间。

在U1通断期内，电流量流过电容器C4、负荷(70V LED串)及其电感器L2。除开向负荷给予一部分动能外，该电流量还使L2存储一定动能。在U1关闭期内，L2的旋光性反方向，以尝试保持电流量。反方向旋光性为续流二极管D5给予前向参考点，以维持电流量流动性并不断为C4和负荷供应动能。电阻器R4被作为电流量检验元器件，R4上的工作电压还会继续发生在R3和光电耦合器二极管U2A中间，便于为U1给予电流量操纵意见反馈。

该开关电源不但能达到EN55022B对传输EMI的限定(EMI裕量超过10dBμV)，还能够在全部工作标准电压范畴内做到90%之上的高效率(图3)。220V键入工作电压开关电源也有着相近特性。

图3：高效率随键入电流的转变曲线图。伴随着将来LED高效率的提升，这一电源设计容许设计方案技术工程师完成用于更换日光灯、输入功率仅为10W而可以为LED给予9W输出功率的LED灯具。一旦輸出高效率为100流明度/瓦的LED完成批量生产，美国众议院的该项巨奖唾手可得