《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LED驅(qū)動電源可靠性和能效關(guān)鍵測試項目
摘要: 近幾年LED作為新型節(jié)能光源在全球和中國都贏得得了很高的投資熱情和極大關(guān)注,并由戶外向室內(nèi)照明應(yīng)用市場滲透,,中國也涌現(xiàn)出大大小小上萬家LED照明企業(yè),。讓LED照明大放異彩的最主要原因正是其宣揚的具有節(jié)能,、環(huán)保,、長壽命,、易控制,、免維護(hù)等特點,。
Abstract:
Key words :

 

 近幾年LED作為新型節(jié)能光源在全球和中國都贏得得了很高的投資熱情和極大關(guān)注,并由戶外向室內(nèi)照明應(yīng)用市場滲透,,中國也涌現(xiàn)出大大小小上萬家LED照明企業(yè),。讓LED照明大放異彩的最主要原因正是其宣揚的具有節(jié)能、環(huán)保,、長壽命、易控制,、免維護(hù)等特點,。

  然而頗具諷刺意味的是,我們常常聽聞由于LED驅(qū)動電源" title="LED驅(qū)動電源">LED驅(qū)動電源本身的壽命直接拖累LED照明燈具變得并不“長壽”,,極大地增加了維護(hù)/使用成本,;或者驅(qū)動電源的效率不高導(dǎo)致LED照明燈具的能效" title="能效">能效轉(zhuǎn)換比并不是想象中那么高,或者由于輸出電流紋波沒有得到很好的控制影響了發(fā)光品質(zhì),,使得LED照明的綠色節(jié)能優(yōu)勢大打折扣,,甚至影響了市場普及。

  因此,,LED產(chǎn)業(yè)鏈的完善和成熟,,驅(qū)動電源也是其中重要的一環(huán)。但現(xiàn)狀是LED驅(qū)動電源的設(shè)計和品質(zhì)局限卻日益成為LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“后腿”,因此電源模塊廠商,、燈具制造商都越來越重視采用先進(jìn)的測試" title="測試">測試測量技術(shù)和方案,。針對這一現(xiàn)狀,泰克公司獨樹一幟,,深入到客戶中間,,深入了解現(xiàn)場的實際需求,制定出針對LED垂直應(yīng)用的各種解決方案組合,,旨在幫助更多的中國LED照明廠商,、驅(qū)動電源供應(yīng)商和相關(guān)質(zhì)檢/認(rèn)證機構(gòu)獲得更精確的測試結(jié)果,保證LED驅(qū)動電源的品質(zhì),,從而促進(jìn)中國LED照明產(chǎn)業(yè)的健康繁榮發(fā)展,。

  

  圖1:泰克專門針對LED照明應(yīng)用提供各種測試解決方案組合供客戶選擇。

 

  LED驅(qū)動電源的可靠性" title="可靠性">可靠性和能效是測試關(guān)鍵

  那么,,真正高品質(zhì)的LED驅(qū)動電源應(yīng)該具備什么樣的特點或者說應(yīng)該滿足那些要求呢,?泰克公司總結(jié)出以下主要的幾個方面:

  1.高可靠性和壽命:驅(qū)動電源的壽命要與LED的壽命相適配,特別對像LED路燈的驅(qū)動電源,,因為裝在高空,,維修不方便,維修的花費也大,;

  2.高效率:對于電源安裝在LED燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu),,這一點尤為重要。因為LED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降,,所以LED的散熱非常重要,。電源的效率高,它的耗損功率小,,在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小,,也就降低了燈具的溫升,對延緩LED的光衰有利,。

  3.高功率因數(shù) :隨著社會對供電質(zhì)量的要求不斷提高,,人們越來越關(guān)注用電設(shè)備帶來的電能質(zhì)量和諧波問題。如歐盟已經(jīng)發(fā)布標(biāo)準(zhǔn),,規(guī)定功率大于25W的電源設(shè)備必須具備功率因數(shù)校正電路,。而其他很多國家對于30 ~40W的LED驅(qū)動電源,據(jù)說不久也將可能會對功率因數(shù)方面有一定的指標(biāo)要求,。

  4. 恒流驅(qū)動:現(xiàn)在通行的有兩種:一種是一個恒壓源供多個恒流源,,每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式組合靈活,,一路LED故障,,不影響其他LED的工作,,但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電,,LED串聯(lián)或并聯(lián)運行,。它的優(yōu)點是成本低一點,但靈活性差,,還要解決某個LED故障不影響其他LED運行的問題,。

  5.適當(dāng)?shù)妮敵黾y波:輸出紋波會影響LED的光輸出效果。但減小紋波需要使用更高品質(zhì)和容量的電容,。為提高電源整體的使用壽命,,設(shè)計師往往傾向于采用無電容方案。工程師必須在輸出紋波指標(biāo)上確定折中方案,。

  6.浪涌保護(hù):LED抗浪涌的能力是比較差的,,特別是抗反向電壓能力。有些LED燈裝在戶外,,由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng),,從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌,有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞,。因此LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入,,保護(hù)LED不被損壞的能力。

  7.保護(hù)功能: 電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外,,最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋,,防止LED溫度過高。

  8.防護(hù)方面:對燈具外安裝型結(jié)構(gòu),,電源結(jié)構(gòu)要防水,、防潮,外殼要耐曬,。

  9.要符合安規(guī)和電磁兼容的要求,。

  要達(dá)到高品質(zhì)的驅(qū)動電源設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),就需要進(jìn)行全面的測試測量分析,,如圖1所示,,LED照明測試主要包括5個部分:電源質(zhì)量、諧波,、功率開關(guān)器件測量、調(diào)制分析以及驅(qū)動輸出參數(shù)測試,。

  

  圖2:LED照明驅(qū)動電源的關(guān)鍵測試項目,。

 

  電源質(zhì)量、諧波和功率器件的全面快速分析

  測量驅(qū)動電源的輸入功率,、功率因數(shù)和諧波有很多方法,,使用具有電源分析功能的泰克示波器產(chǎn)品可以輕松實現(xiàn)這些電能質(zhì)量測量,。使用一路通道測量輸入電壓、一路通道測量輸入電流,,配合示波器內(nèi)置的PWR電源分析軟件,,所有的電能質(zhì)量相關(guān)參數(shù)可以直接顯示在屏幕中。

  

  圖3:帶有PWR電源分析模塊的泰克示波器可直接顯示各種測量參數(shù),,幫助電源工程師輕松完成開發(fā)測試,。

  驅(qū)動電源效率和電源內(nèi)部的開關(guān)損耗直接相關(guān)。降低功率器件的損耗不但是提高電源效率的要求,,也是提高系統(tǒng)熱穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵因素,。不過,功率器件的開關(guān)損耗測量不易實現(xiàn),。由于器件在導(dǎo)通和關(guān)斷工作狀態(tài)下的電壓幅度相差巨大,,一般的示波器產(chǎn)品無法在如此大的動態(tài)范圍下準(zhǔn)確測量導(dǎo)通狀態(tài)下的微小電壓,導(dǎo)通損耗無從測量,。

  對于高速切換的功率器件,,只能通過電壓和電流相乘得到瞬態(tài)功率的辦法計算功率。這時電壓和電流必須是同一時刻的波形,,否則誤差巨大,。但電壓探頭和電流探頭的原理和結(jié)構(gòu)不同,對于高速切換信號的時間延遲也不同,。如果不能準(zhǔn)確地校正這一偏差,,示波器的測量結(jié)果是不可信的。泰克的示波器電源測量方案不但具有全面的開關(guān)損耗測試功能,,還具有強大的探頭校準(zhǔn)功能完全消除時間延遲誤差,。獨特的波形搜索功能更可以輕松找到電源或負(fù)載變化時最大損耗的發(fā)生時刻。

  具體到型號來說,,對要求較高的研發(fā)過程測試,,DPO/MSO4000B和DPO/MSO3000系列示波器是不錯的選擇;而對于工廠和生產(chǎn)過程的設(shè)計優(yōu)化和參數(shù)測試應(yīng)用,,DPO/MSO2000系列完全能滿足要求,,可進(jìn)一步降低成本。這些示波器都具有每通道很長的存儲長度,,可以高采樣率來捕獲驅(qū)動電源測量的整個周期,,波形導(dǎo)航方便進(jìn)行電源系統(tǒng)查障,高級數(shù)學(xué)計算功能,,用戶可以自定義全面的數(shù)學(xué)表達(dá)式,,自動計算功率等測試結(jié)果,從而極大提升測試工作效率,。

 

  

  表1:能夠提高LED驅(qū)動電源開測試效率,、增加測試準(zhǔn)確度的3個檔次示波器選擇,。

  另外,對于激勵源,,泰克目前可提供PWS4000/PWS2000 系列可編程DC臺式電源系列,,提供精準(zhǔn)、高分辨率的恒流,、恒壓輸出,,用于驅(qū)動LED。

  PWM分析和輸出紋波測量助力進(jìn)軍高端市場

  真正節(jié)能的家用LED照明產(chǎn)品最終是要具有調(diào)光功能的,,目前也是歐美等高端市場的需求,,今后在其他國家和市場也會逐步普及。LED調(diào)光的最新技術(shù)是PWM,,通過產(chǎn)生不同脈寬的PWM 信號,,控制功率器件的開啟和關(guān)斷的比例,從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出光通量的目的,。相比于其他調(diào)光方式,,PWM 調(diào)光不改變LED流過的電流大小,燈具不會出現(xiàn)偏色,,也避免了電阻調(diào)光帶來的能量損失,,保持了LED照明的高效率。

  泰克的AFG3000 任意波形發(fā)生器可以輕松生成PWM 信號,,用戶可以任意改變PWM變化的形式,,脈寬輸出的比例以及變化規(guī)律,所有的操作只需在面板上摁一下按鈕,,發(fā)生器內(nèi)置的阻抗調(diào)節(jié)功能可以適應(yīng)更多的電路需要,。

  紋波是加在直流輸出電壓上的交流電壓,也是LED電源測試中的一個重要測量參數(shù),。紋波電流越大,,電源成本就越低,但光輸出會因此受到影響,,而且會提高LED結(jié)溫進(jìn)而影響LED性能,,甚至嚴(yán)重降低LED的使用壽命(經(jīng)驗顯示,結(jié)溫每升高10℃使用壽命就縮短一半),。因此準(zhǔn)確地測量紋波就顯得十分重要,。泰克示波器電源測試方案中具有紋波測量功能,可以一鍵完成紋波參數(shù)的測量,。對于高端應(yīng)用,,泰克的TCPXX系列電流探頭可提供最低至1mA的紋波電流測量精度,對于低成本應(yīng)用,,也有相應(yīng)的高性價比探頭供選擇,。

  此外,如果工程師希望通過簡單的數(shù)字萬用表完成紋波測量任務(wù),,泰克也能提供相應(yīng)方案DMM4040/4050 數(shù)字萬用表具有雙參數(shù)測量功能,,可以同時顯示交流電壓或電流成分。其雙度數(shù)功能,、趨勢圖和直方圖功能方便用戶在長時間檢測輸出變化,;通過前后面板輸入功能,用戶可以交替測量兩組數(shù)據(jù),,便于比較,。

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