街道照明系统数字LED驱动解决方案

摘要：LED被称为第四代照明光源或绿色光源,具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市街道夜景等领域。本文就街道照明系统数字LED路灯智能驱动可能出现的问题提出了一些解决方案。

与传统路灯相比,LED路灯具有较长寿命，再加上节能等方面的优势，在公共照明领域，LED路灯将逐渐取代传统路灯。现在的问题是：LED路灯必然具有长寿命吗？下面我们就来探讨一下。

中图分类号： TD625 文献标识码： A

一、LED路灯的“短命”现象及解决方案

的确,在我国近年来大量的半导体照明工程实践中，存在不少LED路灯“短命”的现象。譬如,用了不到3个月，路灯就不亮了；有些工程用了仅1个月,路灯就出现故障，极端点的个别案例中，在验收时就有路灯不亮!上述种种“短命”现象，既给工程承包商和路灯厂商造成经济损失、商誉损失，也打击了消费者的信心，同时政府主管部门推广LED路灯亦承受了较大的压力。

那么，决定LED驱动电源好坏(寿命长短)的因素又是什么呢？可归纳为驱动电源所使用的电容器件及电源内部温度，可用“电容温度”来表达。电容温度=电容温升+电源温升+灯具温升+环境温升。

具体分析如下:

电容温升：取决于电路设计和电容品质，通常大于5度；

电源温升：取决于散热设计及效率，通常大于30度；

灯具温升：取决于散热设计及空间大小，通常大于20度；

环境温升：视应用地域气候而定，在中国一般为-35度至+40度。

但在不同的温度区间下,电容寿命保证值是不同的,假定设计时电容纹波电流负载值最大使用到85%,则:

电容温度为65度时的寿命能保证5-8万小时;；

电容温度为75度时的寿命只能保证约4万小时；

电容温度为85度时的寿命只能保证约2万小时；

电容温度为95度时的寿命只能保证约1万小时；

电容温度为100度以上时的寿命只能保证约4000小时。

依上所述，控制电容温度至关重要。除了环境温升属于客观自然因素外，必须在电容温升、电源温升方面加以控制，在完成LED基板及结构设计后，同时考虑电源的问题，注意电源冲击对芯片的影响，避免为LED照明等距的光衰留下隐患。

二、LED的正向电压与输出功率解决方案

LED的正向电压与输出功率受到结温的严格限制，特别是大功率LED更是如此；结温是众所周知的影响质量和使用寿命的关键参数。准确地说，随着结温升高，正向电压与输出功率会逐渐降低，热漂移会导致临界电流升高。为了透过降低正向电压解决热漂移问题，提高系统总体能效，透过PWM和或模拟调光技术控制亮度，获得防失效管理和过热控制功能，照明系统对具有特定控制功能的LED驱动器的需求不断提高。如果给建筑照明和路灯照明等应用增加价值，还需要在LED驱动器内增加遥控功能。

如果电压高于50/60V，因为芯片技术限制，单芯片解决方案将无法胜任。标准解决方案的主要应用限制与基于并联电阻器和内部比较器的电流检测方法有关。从灵敏电阻器回馈的电流与内部参考电流值进行比较，然后产生一个用于控制栅极驱动电路的输出信号。这个常用的模拟控制方法实现了对峰流的控制，因为LED光色漂移在很多要求严格的照明应用领域是不准许的，所以这种方法并不是高质量照明的最佳解决方案。

意法半导体提出一个能够满足照明要求的高成本效益的路灯照明平台解决方案。该方案具有优异的性能、超高能效（全负荷时总体能效大于91%）、完整的防失效管理（过流保护、过压保护和短路保护）功能。该平台由两大部分组成：电源部分与电流控制器。其中，电流控制器是一个数字电流控制器。电源电路的最大输出功率达到130W (48V，2.7A)，该电路由两级电路组成：基于L6562AT的前端功率因子校正器（PFC）和基于L6599AT的LLC谐振转换器。

电流控制器的核心是采用一个以地线为参考的电流检测方法，这个算法是由一个通用微控制器实现的，能够调整反向降压转换器的输出电流。该解决方案无需差分放大器或误差放大器，更不需要网络滤波器以及其它的外部被动部件。该反向降压拓扑的模式为连续导通模式(CCM)，选择CCM模式的原因是反向降压拓扑的功率开关与地线相连，而不是像标准降压数字LED驱动器解决方案意法半导体-IMS系统实验室/G.MACINA适用于拥有高能效多重串行系统的完整路灯照明平台33 2011. 07 / 电子与电脑Feature拓扑那样连接上桥臂开关。因此，在这个解决方案中，可直接使用微控制器驱动一个逻辑电平(5V)或超逻辑电平(3.3V)功率开关，无需任何栅极驱动级，这使总体解决方案变得简单且成本低廉。

三、一些高功率因数LED照明电源解决方案

对于普通照明用低功率LED驱动电源，采用基于专用控制器IC的单级功率因数校正(PFC)反激式电路拓扑是最基本的解决方案。这种拓扑结构的特点是只使用一个功率开关，无需使用高压电解电容器。对于100～200W的LED照明电源，人们通常采用PFC+反激式两段式电路架构。这种拓扑结构的特点是PFC升压变换器被置于反激式转换器的前端，PFC与反激式转换器各使用一个功率开关。而对于200W以上的大功率LED照明电源供应器，上述两种拓扑结构并不适用。行之有效的解决方案是选择PFC与其电感—电感—电容(LLC)相结合的电路架构。为了实现高效率，主变压器二次侧可以采用同步整流方案。

方案如下：

350W LED驱动电源技术规格

(1)输入规格

AC输入电压：85～264 Vac；

AC最大输入电流：5A；

线路功率因数PF：>0.95(230Vac，满载)；

AC电源频率：47～63Hz；

效率：>92%(230Vac，满载)；

工作温度：50℃；

工作环境：密闭；

散热方式：无风扇自然冷却。

(2)输出规格

输出电压Uo：36~40V；

输出电源Io：5～10A；

电压纹波：≤0.3V；

电流纹波：

控制模式：恒定电压/恒定电流。

采用CCM功率因数控制器CM6807和谐振半桥控制器CM6900的350W LED电源供应器，同时采用同步整流方案，可以提供CV/CC控制，实现高于0.95的功率因数和高于90%的效率。本设计方案适用于100～1000W的电源供应器，可应用于LED照明、LED路灯、大型LED看板以及大型街道LED照明等。

四、小结

LED光源在近年来受到越来越多的人们关注与支持，毋庸质疑，这种典型节能、环保的绿色光源是未来几十年街道照明最具发展前景的高新技术之一。与此同时LED的智能驱动有可能出现的一系列问题会越来越多，但是，在更多的对LED钻研和挖掘中，更完美的LED照明系统会更快的呈现在未来的街道照明建设中。

参考文献：

[1]毛兴武. LED照明驱动电源与灯具设计[M].北京人民邮电出版社，2011.

[2]张华，. 新一代绿色光源LED及其应用技术[M].北京人民邮电出版社，2008.

[3]霍元明街道照明LED驱动研究及发现电力学报 2009