许业铮
珠海市旺杰成有限公司
摘要：随着LED照明技术的迅速发展与普及，作为其核心部件的驱动电源成为LED产品设计与应用中的关键。虽然LED技术具有诸多优势，但为了使其能够为社会生产和生活做出更多贡献，需要我们根据LED光源的具体性能和特点科学合理的选择LED驱动电源并加强对驱动电源的设计工作。本文分析了LED的特点和LED驱动电源的应用要求，同时设计了一款小型LED驱动电源并对其整体结构进行了简单介绍。
关键词：LED；驱动电源；LED设计
引言
与传统的其他光源相比，LED光源是依靠恒流源驱动电源来驱动的，无论出入或输出的电压如何变化，LED驱动电源都会在一定工作条件下对流过LED灯芯的电流进行很好的限制，从而减小了用电功耗。小功率LED驱动电源具有设计更为简单，所需成本较低，因此其普及程度更高，并逐渐在社会生产和生活照明中占据了重要地位。针对不同的领域合理地设计并运用LED驱动电源技术，能够为社会发展提供更多的助力。
一、LED的特点分析
LED技术是在对传统电力学和光学技术的一种融合与创新，LED技术本身的技术特点和优势，使其更能满足市场对照明技术的多样化需求，改善了人类的生产与生活面貌。总的来说，LED具有以下几方面特点：
（一）使用寿命长。LED是在适当的开关电源下进行驱动的，能够精确的控制电路中的电流流量，且电流控制具有较强的稳定性，这就能够极大的延长光源的使用寿命，减少了因电流过大而烧毁电源的可能，通常情况下，LED的使用寿命能达到10万小时。
（二）无毒环保。LED相较于传统的普通荧光灯，其制作材料无毒无污染，不会对人身和环境造成损害，这就使LED光源更加环保，在使用完毕后，还可以对其进行回收再利用，极大的节省了资源消耗。
（三）功耗低更节能。通常情况下小功率3528封装的LED颗粒的额定工作电压只有2-3.5V，工作电流只有20-30mA，单科LED颗粒的功耗一般不会超过0.1W，与传统光源相比，功耗大大降低，更能满足市场需求。
二、LED驱动电源的运用要求
LED驱动电源是LED设备的重要设备，需要按照相关电网的用电规范一级LED驱动电源的具体特点和要求进行选择，因此，LED驱动电源的选择通常要参考一下几点：
（一）高安全可靠性。一些LED设备的驱动电源安装较为特殊，如LED路灯的驱动电源一般装在高空，出现问题维修极为不便，维修成本也较高，因此在驱动电源选择时就要将安全可靠性作为重要参考参数。
（二）效率高。LED作为一种节能型产品，对驱动电源的效率要求较高，由于电源是安装在灯具内部的，因此电源的结构十分重要。在LED的发光过程中会产生热量，LED温度的升高会导致LED发光效率降低，这就需要在驱动电源选择时考虑其散热能力。电源效率越高，越能降低耗损功率，进而减小灯具内的发热量，使电源的温度不易升高，最大程度上延缓了LED的光衰。
（三）高功率因数。虽然功率因数对于70W以下的电气并没有具体要求，小功率电气单个使用时功率因数低一些并不会对电网产生多少影响，但当晚上用电高峰时期，各种灯具都会被打开，导致同类负载高度集中，这就为电网产生较大影响。因此，随着技术的发展，在未来也会对30W-40W的LED驱动电源的功率因数有具体要求。
（四）驱动方式。现阶段同行的驱动方式有两种：一种是单个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独供应各路的LED，这种方法组合更为灵活，且单独一路LED出现故障并不会对其他路的LED工作造成影响，其缺点是生成较高；另一种是LED串联或并联运行，直接利用恒流电来供电，此方法不够灵活，且单个LED发生故障时会对其他路产生影响，但其优点是成本较低。虽然这两种方法目前都有使用，但由于第一种方法在性能更为优越，且成本也会随着技术的发展不断降低，是今后的主要发展方向。
（五）浪涌保护。LED在抗浪涌方面性能较差，特别是抗反向电压的能力。因此，户外LED灯在安装时必须充分考虑对设备的保护，尤其是要重视电网负载的启用与雷击感应的存在，会导致电网系统侵入多种的浪涌，其中一些浪涌会损坏LED设备。这就需要在选择驱动电源使要尽量选择一些能对浪涌侵入产生抑制的电源，以更好的保护LED。
三、小功率LED系统结构设计
（一）具体参数指标设计
本次设计的小功率LED恒流驱动开关电源的具体参数指标如下：
1.输入电压：85~265V
2.输入频率：50Hz
3.输出电流：1A
4.工作温度：-35℃~+80℃
5.存储温度：-40℃~+85℃
6.效率：≥80%
7.电流纹波系数：≤1%
8.防水性能：IP65
（二）驱动器方案设计
1.恒定输出电流。恒定的输出电流是LED恒流驱动的核心性能指标，输出电流的恒定一般为闭环反馈式，其功能是在输入电压、内部参数或外界负载变化造成输出电流或电源变化时，控制回路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，再对主电路开关设备导通的脉冲宽度进行调节，确保电源的输出电压及电流的稳定性。这种电源效率高，输出电压和电流稳定性好，且具有完善的电路保护措施，是一种较为可靠的电源。
2.在安全性能的提升方面，由于是交流电输入，电网电压直接传输到电源后置LED设备时容易造成对LED的损坏，甚至造成生命财产损坏，因此需要通过变压器连接电源的输入和输出，对主电路进行隔离，从而保障使用安全。
本设计电源包含输入段保护电路、输入整流桥、EMI滤波器、钳位保护电路、外围控制电路、反馈控制电路和高频变压器。该电源通过滤波转换器将交流电转换为直流电，随后通过高频率关断和闭合将直流电转为交流电，再通过变压器输出低压的高频交流电，最后经过输出整流滤波又变回直流电来对负载进行供给。
（三）系统整体结构设计
该驱动电源主要采用小功率LED水晶灯串联结构，单路输出，考虑到节省成本，电源以TOP Switch-II系列芯片为主芯片进行外围电路设计。在以上参数设计的基础上，本LED恒流驱动器开关电源涉及EMI设计、高频变压器设计、整流桥设计和控制回路设计几个方面，同时考虑功率因素矫正。其整体设计结构如图1.
如图1所示，电网内的电压输入到本电源后，通过EMI滤波器对噪声减少干扰，抑制共模干扰信号，接着在整流桥中通过全波桥式整流器将工频交流电转换成直流电，再通过控制芯对电压进行脉冲调制，把整流后的直流电转变为交流电，并经过高频变压器来获得所需电压，最后将输出端获取的电流反馈到控制芯片上。
结束语：LED是节能型光源未来发展的重要趋势，与传统光源相比，优势十分明显，但对驱动电源要求较高，需要我们进一步加强对其技术的研究与探索。本文设计的小功率LED驱动电源设计简单、使用灵活，较为具有代表性，可以对其他LED驱动电源的设计起到一定借鉴作用。
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[3]王霞,王小丽.一种小功率LED驱动电源的设计与实现[J].价值工程,2012,31(13):42.
论文作者:许业铮
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/19
标签：电源论文; 浪涌论文; 电压论文; 功率论文; 电流论文; 交流电论文; 光源论文; 《中国西部科技》2019年第12期论文;