LED照明电源设计与应用

【摘要】本文通过对LED照明驱动电源设计的分析，简单阐述了照明驱动电源在设计上应考虑的问题及设计方向，如常用电源拓扑结构选择、分类；电子元器件的选择；各类安规认证等注意事项，论证了具有市场化的LED照明电源设计方案，有助于工程设计人员对LED驱动电源设计有所了解。

【关键词】LED照明；驱动电源设计

随着全球性的资源短缺和环保问题，半导体照明受到世界各国及产业届的关注。LED给人类带来了一次光源的革命，其寿命长、环保、节能、可靠性高，受到了用户的青睐。随着外部市场环境，政府的推动以及LED整体价格的下降，传统的白炽灯泡将逐步会被这种新型能源所取代。

当然，作为一个新生事物，LED照明也受到了一些挑战。目前，LED灯具在价格方面还是相对较高，这样也就要求LED灯具在寿命上需有所保证。我们知道，LED灯珠的寿命一般都能保证在50，000小时以上，而驱动的好坏将直接决定着LED整灯的寿命，怎样设计出一款合适可靠的LED驱动，也就是LED照明需要关注的问题。

工业开关电源在国内已经发展有二三十年的历史了，相对比较成熟。而LED作为一个新兴的产业，其电源驱动部分相对显得较晚，但大体设计方案还是源于工业开关电源。因室内照明目前市场化运作较为成熟，现针对室内照明来分析电源驱动的设计。

室内LED照明灯具大致有以下几种类型：平板灯，球泡灯，GX53，筒灯，T8& T5管灯，MR16，玉米灯，蜡烛灯等。

选择一款合适的驱动以保证整个灯具的价格和性能有一定优势，也将对这些灯具在市场上的推广及应用起着事半功倍的效果，我们通过对以上照明灯具的细分来对电源部分作一个分类及总结：

一、平板灯

市场上常见的平板灯的尺寸大小为300*300，300*1200，600*600，600*1200，150*1200，其体积一般较大，我们可采用外置恒压电源+LED恒流的模式来进行设计，将后级的LED恒流部分直接设计在LED灯板上，前级的LED恒压电源，可采用传统的工业电源，因工业恒压电源在国内已有一定的历史与规模，性能及价格相对比较有优势。这样，整灯的价格及性能都能得到相应的保证。

二、球泡灯&筒灯

这两种类型的灯具在外形上虽然不一样，在LED驱动方案的选择上，大体可保持共用，以最合理的方式来保证整灯的性价比。

从整灯的功率部分来看，市场上球泡灯一般从3W～12W左右，而筒灯在8W～20W左右，这样可按功率将驱动做成3W，6W，12W，20W。因筒灯在国内市场上是需要3C认证的，在国际市场上CE，UL等也将其纳入检测范围，所以在设计之初必须考虑产品的安全性。一般该驱动电源以隔离型为主，这样将有助于安规检测以及机构件上的优化。这种隔离型电源大体可分为以下两种模式：

1.低成本，无频闪

在小功率部分，如10W以下，可将开关MOS集成在芯片内部，采用原边反馈模式，这样将有助于降低产品成本，减少产品体积。

该方案在前级加入了大的电解电容，可以使输出电流纹波减少，保证了产品无频闪，起到了保护视力的作用。但其PF值相对较低，在小功率、对PF值无太大要求的情况下，此方案有较大优势。

原理图如图1。

2.高PF值

出于对电网的保护，有些市场对整灯的PF值是有一定要求的，这样我们可以采用带主动PFC的芯片，大致原理图如图2。

因前级去掉了大的电解电容，而芯片自带PFC功能，这样保证了整灯的PF值〉0.92，有助于对电网的保护，节省国家电力。

隔离型LED驱动方案大体上可分上述两种，其他类型灯具开发可在此基础上作为设计平台开发.

三、T8&T5管灯

T8管灯在目前市场上是比较常用的一种灯具，其主要用于工程及商业化照明.从长度上可分为0.6m，1.2m，1.5m，该驱动设计在市场上目前分为两种方案：

（一）非隔离型方案：此方案以东南亚国家为主，其优点是价格低，在此拓朴结构下，又大体分两种方案：

1.一种是以被动式即填谷电路为主的降压型驱动方案，其输出电流纹波小，无频闪。但为了保证整灯的寿命，其电容需用高可靠性，成本相对较高，如图3。

2.一种是以主动式PFC的驱动方案，其可省掉前端大电容，同时不需额外增将元器件，即可保证高PF值，成本相对较低，但其输出端纹波电流较大如图4。

（二）隔离方案：此方案大多用于欧洲市场，其对价格不太敏感，对安全性要求较高。

其方案类似于前面提及的球泡灯及筒灯驱动方案。

上述方案是室内照明在驱动设计上的大体方向，但为了保证驱动电源的高寿命，在设计上，我们还需要考虑以下方面：我们知道，灯具散热一直是业界研究的课题，这样对于驱动电源来讲，其工作环境温度相对很高，拿10W的球泡灯举例，市场上的球泡灯内部工作环境温度达到了80℃，而在此高温环境下，电解电容的电解液容易再高温环境下被烤干，易损坏，所以在该电解电容的选择上就要格外注意，以保证整灯的寿命。一般应选在105℃，10，000小时以上。

为了提高产品的可靠性以及市场的认知度，我们除了在方案选择上需作全方面的考虑外，在安规及相关认证上也需要做相应的考虑，目前常用的认证有CE，3C，UL，TUV等。针对目前市场上常用的认证做如下统计，详见表1。

从表1中可以看出，LED灯具已经被纳入到相应的检测范围，仍然有部分认证没有被涉及到。但作为开发人员，在设计初期，还是要尽量考虑将这些安规考虑进来，以此提高产品的可靠性和安全性。

随着政府对LED推动的力度加大、LED成本的不断下降、LED驱动可靠性的加强，相信在不久的将来，LED照明将会逐步进入到千家万户，造福人类。