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深圳锦烽光电科技有限公司作者：刘文斌浅谈LED照明灯具从LED光源的问世已经有好几十年的历史了，如今的LED在照明行业里头，掀起了一场绿色照明革命。LED不仅高亮、节能、显色性能好，使用寿命长，无光污染及幅射。而且为固态光源，不易碎，不会引起火灾等优点，所以被冠以绿色LED的称号，目前来说是别的光源无可替代的。LED光源的优劣，主要取决于发光的芯片。因为芯片直接决定了光源的亮度及反向漏电等先天性能条件。其次就是光源在封装过程中的工艺及散热材料也是非常关键的。现在的LED封装技术在国内来说，基本已经成熟，但在应用时，也不能顺手捏来，要对来料进行加速老化以及亮度测试等检验。因为LED光源不管怎么说，它是照明灯具里的最核心的元件，也是用量最多的元件。在应用过程中，驱动电源是关键，必须合理地选择驱动方式。提高驱动电源与光源的寿命差距。但如果光源本身质量不好，那么，驱动技术和其它相关结构处理再好，也是徒劳的。LED光源不仅决定了灯具的亮度、色温、光效等作用，也决定了灯具的使用寿命问题。所以，对光源的挑选必须严格要求。比如单颗灯珠的亮度、流明值和批次灯珠的色温一致性。另外，灯珠的反向漏电不能太大，一般来说反向允许电流在5ua以内。由于LED环保，寿命长，光电转换效率高等优点，越来越多的照明场所挣先使用了LED灯具。那么，灯具本身的质量也是大家关注的一个问题。LED光源在理论上的使用寿命为8-10万小时左右。但是它的这个寿命是需要条件的，比如需要良好的低温工作环境，合理的散热结构，稳定的驱动电压或电流等因数。在实际应用过程中，由于很多应用厂家没有严格按照LED光源的应用环境去做，驱动电源设计或驱动方式选择不洽当，因而导致LED灯具寿命短，易损坏等原因。基于这些原因，那么LED光源再好，所生产出来的产品质量当然不敢恭维了。综上所述，那么我们明白了LED灯具里边，驱动电源是质量优劣的关键，也是深圳锦烽光电科技有限公司作者：刘文斌这个灯具的核心。当然了，合理的散热结构也是起到关键性作用的，在此先不作表述。那么，LED灯具对驱动电源的性能要求和驱动寿命也是越来越高。在设计LED驱动电源前，首先要了解LED的工作特性。不然，设计出来的产品不是性能不好就是低水平重复。1．LED相关知识LED是LightEmittingDiode（译：发光二极管）的缩写，是固态发光半导体器件，电转光的效率很高。LED的核心是一个半导体的晶片，晶片的一头是负极，另一头为正极，在这两端使用金线焊接在特定的支架两端，然后再用环氧树脂胶或硅胶封装起来。发光二极管由两部分组成，一部分是带正电的P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，带负电的电离子。两者结合形成一个单向“PN结”。当电流通过导线作用于这个芯片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，也可以说是由构成PN结的材料决定的。在设计LED应用产品之前，我们一定要了解LED光源的电气性能和使用环境及有些什么特性。LED在分装上来说分两类：一种是直插式的，习惯上叫F3、F5、F10等，这种称呼指的是光源的直径大小。芯片上有圆片和方片之分。方片性能优于圆片，这里我只做简单的述说。因为接下来要介绍的是贴片式LED光源，贴片LED多半以光源的尺寸大小做为型号的命名，如：3528、3020、3050、3535、5050等，比方说：35指的是灯珠的长度，28指的是灯珠的宽度，合在一起就是3528的型号名称了。贴片LED灯珠分小功率和大功率，小功率指的是0。18W以内功率的灯珠，大功率指的是0。5W以上功率的灯珠。大功率LED亮度高，但热阻比较集中，对散热材料的导热性和散热结构都要求比较高，由此深圳锦烽光电科技有限公司作者：刘文斌而提升了散热成本。目前虽然有众多生产大功率照明的厂家，但为了降低成本或对大功率LED本身不够了解，没几家把散热结构做到合符要求的，都是以点亮为标准，这样的灯具都是夭折性的。小功率LED灯珠光电转换效率高，单颗热阻低，很容易进行散热处理。目前用小功率LED做成的灯具光源成本要比大功率光源成本高，但散热材料成本低，性能更稳定。现在以3528白光为例，来了解一下它的电气性能。由于LED生产厂家不同，电压、电流、亮度、色温多少有些差异化。在此只表电压和电流关系。3528白光的正向电压为最小3.0V，最大3.6VDC。推荐使用电流为20ma，相当于使用电流临界值。超过这个值，那么就是非正常使用了，产品的品质性能无法保证。LED对电压非常敏感，比如一颗电压为3.1V,电流关系正好为20ma的灯珠。现在把电压调高到3.2V，那么电流关系就会变成30ma，3.3V时电流关系就会成倍提高。由此证明，LED是一个电流型半导体发光器件。我们在应用时，最好的方法就是能提供一个纯恒流的驱动环境。LED在使用过程中，可能会出现三种情况的死灯现象，第一种是单向PN结被软击穿，形成短路。第二种是PN结烧毁，形成开路。另一种是正常的寿命终结现象，LED在使用过程中，由于长时间工作关系，亮度上会慢慢出现光衰，当然，这个过程是漫长的。随着亮度的衰减，LED的阻抗会慢慢加大，通过的电流也会慢慢地降低。也就是说要想保持20ma的电流关系，那么输入的电压必须随着光衰的程度慢慢上升。2．LED驱动的几种方式现在LED灯具生产厂家众多，产品市场竞争激烈。低价成了产品竞争最有份量的手段之一，这样的做法，损失的当然是产品的质量。因此，众厂家选择驱动LED的方式各不相同。有的是从成本出发，有的倾注于质量，还有的是选择什么样的方式简单就用什么样的方式，自己没有定位，总之，用什么样的方式都有。现在我们深圳锦烽光电科技有限公司作者：刘文斌来概括一下LED照明常用的几种驱动方式。第一种，阻容式降压驱动。现在很多LED灯具生产厂家，用阻容式降压方法来驱动LED。这种方法多用于护栏管、LED灯杯、小功率球泡灯、玉米灯、LED小夜灯等上面。这种驱动方法的缺点是：阻容降压只能起到一个大概的恒流作用，而不是绝对的，稳压性能差，无法保证LED工作在设计电流范围内。随着市网电压的波动，LED的亮度也会跟着变化，还有功率。再一点就是没有功率因数。优点是：阻容降压的效率很高，最能体现LED的节能效果，驱动光效高达90LM/W以上，另一点就是成本低。在设计这样的LED灯具时，预留好LED的电流上升空间，以保证LED不受高压波动而损坏，这种设计方法是，以牺牲LED亮度为代价，来换取产品的质量稳定性。另外，要适当选取CBB电容和放电电阻的阻值。不然，可能会引起CBB电容的爆炸性损坏。第二种：恒压驱动，根据LED电流、电压的线性变化，实验证明，采用恒压驱动是可以的。但是恒压电源的恒压精度一般都比较差，有点不稳定，前面说到过，LED对电压的要求极其敏感，电压只要有0。1V的变化，电流就会产生很大的变化，甚至倍增。但是有些特定的LED照明产品却因为使用场合的不同，而不得不采用这种方法。比如LED柜台灯条、LED防水灯条、LED软灯条等，这是其它驱动方式无法取代的。也有少数人把这种驱动方法用在LED日光灯管上。为了防止恒压源的不稳定因数，在设计LED灯串时，一般都采用串并结构，然后在每一串LED的中间加一个电阻进行降压和限流。虽然这种驱动方法不错，但降低了整个灯具的光效，突显不了LED的节能效果。大家都知道，电阻的作用只是限流，不会产生光效。但所消耗的能量和一个LED是同等的。这种驱动方式的优点是应用空间大，性能比较稳定。缺点是光效率低。深圳锦烽光电科技有限公司作者：刘文斌第三种：恒压加恒流的方式，先把市电转换为低压后，再加以恒流的作用进行输出。这种方式目前多用于LED大功率路灯上面。这种驱动方式的设计思路是这样的，在同一块电源驱动板上，前部分是将市电转换成直流12V或24VDC，然后再分路加以恒流输出。这几路输出可以是共零位或高位，每一路单独驱动一串大功率LED，数量由六个或七个大功率灯珠组成。这样设计，主要是防止每一串灯珠的故障不会影响其它灯串，也就是防止故障扩大化。那么这种驱动方式的优点是：在原本低压的情况下，再加以分路恒流输出，这样，恒流精度更高，更稳定，同时，DC/DC的恒流器件所承担的功耗低，热阻也低，使得这一部分的元器件不担提升了使用寿命，性能也更稳定。同时，因为后面的LED灯串负载都是独立驱动的，更加保证了LED通过的电流精度，而且几乎不会产生纹波电流，最大程度上提升了LED的使用寿命。因为后面的负载都是独立驱动设计，能防止故障的扩大化，这样也提升了整个灯具的使用寿命。缺点是：成本太高。第四种，隔离式恒流驱动电源。在LED灯具应用里边很常见。广泛应用于LED球泡灯、LED日光灯、LED台灯、LED射灯、天花灯等上面。这种设计方案的电性特点是：输出电流强大，纹波小，效率高，但电压一般都低于36VDC，对负载要求多并少串。这种方式很适合球泡灯、天花灯、台灯、射灯等作为驱动之选。因为这类照明灯具的光源多采用大功率LED灯珠，单颗LED灯珠电流在300-900ma，比较符合这种驱动特性。至于LED日光灯，本人不建议采用这种方式，原因将在下面的LED日光灯专题中论证。第五种，非隔离驱动电源，那么在非隔离驱动电源里面分两种设计方法，一种是纯恒流驱动，就是只对电流有着严格的恒定精度，电压的输出范围比较宽，可以随着负载的的自身压降而拉低。另一种是恒功率电源，也有人叫既恒流又恒压，有这样的叫法。在这里我稍加解释一下，这种电源的输出特性是：其输出的电流和电深圳锦烽光电科技有限公司作者：刘文斌压都是根据负载的需求设计的，以输出功率来定一个值。也就是说输出的功率是恒定的，不管负载发生什么样的变化，它输出的功率不变。如果负载出现被软击穿的话，那么就会加大其它LED的电流冲击，导致快速老化或直接死灯。而纯恒流驱动是不会发生这种情况的，即便有灯短路，也不会加大其它灯珠的工作电流。非隔离电源驱动效率高、恒流精度准，质量稳定，成本适宜。适合于LED日光灯驱动之首选。也有人用于球泡灯，射灯、天花灯、帕灯等。第六种，恒流二极管驱动。恒流二极管目前的封装形式有几种，一种是普通二极管外形，一种是MOS管外形，也就是说有三个控制脚。还有一种象IC外形，分好几路输出。不管它们的外形如何，但这些模块都有一个共同的电性特点，即二极管特征，都具有一个PN结。而输出的电流比较小，VF值也不高。所以应用中必须多串几个相同的模块用来分担多余的电压或防止电网电压漂高等因素。这种方法应用简单，成本低，且效率也高。但是性能不是很稳定，而且亮度上也会随电压的高低出现明显的亮暗变化。目前用于LED日光灯、球泡灯等比较多。关于LED驱动的方式比较多，在此，就只介绍以上几种。比如还有一些因安规条件比较高的场所，有些厂家就采用低压驱动的方式。这种方式的应用也是很广的，比如矿井，仓库、化学品生产场所等，这些场所防火防爆要求都比较高，相对来讲，低压供电比较安全。另外，用于汽车照明是最理想的驱动方法。接下来具体讲一讲几种常见的LED照明灯具的设计思维吧。LED日光灯，大家都知道，是用来取代传统荧光日光灯管的。所以在设计外形和光效时，要达到同样的效果，这才叫取代。有些厂家在设计LED日光灯外形时，为了追求时尚或美观，不惜成本，把日光灯的外壳做得实在漂亮，让人一见就有爱不释手的感觉，甚至惊叹。其实LED日光灯管的外壳最大作用是散热，其次就是LED灯珠的载体，另外就是与传统荧光日光灯外形一样，方便替代传统日光灯的安装规深圳锦烽光电科技有限公司作者：刘文斌格。所以，我们在设计外形时要注重的是作用。要追求成本浪费率，提高产品的实用性，这样的产品才是唯美的。顺着这话题，我们接下来就详细说说LED日光灯要注意的几个设计点吧。LED日光灯一．外形结构设计现在很多厂家为了追求LED日光灯的表面光照效果，设计外壳套件时也是挖空心思。下面我们来举例说明如下几种T8铝管+PC罩的管件结构。以上三个示意图为LED日光灯铝管截面图，其结构分配是比较常见的类型。至于个中优劣，各