引言

　　隨著led 效率的迅速提高,、成本的不斷下降,，LED 市場正在由手機(jī)的背光源和汽車儀表照明,，以及亮度要求不高的特殊照明和景觀照明領(lǐng)域向普通白光照明領(lǐng)域擴(kuò)展。

　　LED 是一種固態(tài)冷光源,，是繼白熾燈,、熒光燈和高強(qiáng)度放電燈之后的第四代光源。它具有以下特點(diǎn)：

　?、侔l(fā)光效率高,，能量消耗低。由于LED 的光譜幾乎全部集中于可見光區(qū)域,，效率可達(dá)到80% ~ 90%,大功率LED 照明的耗電量僅為相同亮度白熾燈的10% ~20%.

　?、诎踩h(huán)保,。大功率LED 的工作電壓為3 ~4 V 的直流電,，因而沒有電磁干擾。LED 產(chǎn)生的廢棄物可回收,，無污染,，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源,。

　?、蹓勖L，可靠性高,，LED 的平均壽命長達(dá)50 000 h,大功率照明LED 以其特殊的電子結(jié)構(gòu)保證其工作時(shí)有良好的穩(wěn)定性和可靠性,，甚至在水下也能長時(shí)間穩(wěn)定地工作。而且它沒有傳統(tǒng)燈泡的鎢絲,、玻璃殼等易損部件,，維護(hù)費(fèi)用低廉。LED 的工作溫度范圍也很寬,，在-40 ℃ ~85 ℃之間均能正常工作,。

　　④單色性能好,，色彩豐富,。光色純，光線質(zhì)量高,，單一顏色LED 的光譜狹窄,，譜線單一，集中在可見光波段,。

　?、蒹w積小，重量輕，可以靈活地排列搭配使用,。

　?、揄憫?yīng)時(shí)間短，LED 的響應(yīng)時(shí)間只有數(shù)十納秒,。

　　近年來,，LED 以其環(huán)保、發(fā)光高效的特點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用,，尤其在照明方面應(yīng)用越來越廣泛。就目前的發(fā)展來看,，大家最為關(guān)心的是燈的壽命問題,，而現(xiàn)在無論是燈使用者還是生產(chǎn)廠都看到，燈的壽命取決于驅(qū)動(dòng)電源,， 99%以上的燈故障都是由于驅(qū)動(dòng)電源引起的,，LED 的壽命長達(dá)50 000 h,但與之配套的驅(qū)動(dòng)電源的壽命僅為10 000 h.所以LED 燈照明裝置能否應(yīng)用推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是其驅(qū)動(dòng)電源問題，筆者就提高大功率（ 100 ~ 200 W） 驅(qū)動(dòng)電源的可靠性從如下兩大方面進(jìn)行了探討,。

　　1 防水及降溫處理

　　大功率LED 燈一般安裝在室外,，風(fēng)吹雨淋自然難免，做好防水工作是關(guān)鍵所在,。目前大家通用的方式是灌膠,，而膠導(dǎo)熱系數(shù)的差異直接影響電源的散熱效果，最終影響壽命,。

　?。?1） 選擇符合高耐寒要求的膠，防止在超低溫下膠體開裂等失效現(xiàn)象,，要考慮灌注膠溫度對器件性能的影響,，不能選用灌注溫度過高的膠，灌注溫度應(yīng)低于150 ℃,，選用- 40 ~ + 150 ℃的高品質(zhì)膠,。

　　（ 2） 膠體的電氣絕緣性能等級要符合要求,。

　?。?3） 灌膠導(dǎo)熱系數(shù)對驅(qū)動(dòng)電源散熱影響情況，由于電源的殼體結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定,，因此驅(qū)動(dòng)電源的散熱主要通過膠體傳導(dǎo),，將熱量傳導(dǎo)到殼體，而后通過對流散熱,。表1 是導(dǎo)熱系數(shù)不同的膠體的電源器件和殼體溫度情況（ 輸入電壓~ 100 V,輸出48 V/3 A,環(huán)境溫度25 ℃） .

   表1 不同導(dǎo)熱系數(shù)的膠體對溫度的影響

　　通過比較可知良好的導(dǎo)熱系數(shù)可以降低電子器件的溫升,，進(jìn)而能夠提高器件使用壽命，增加LED 驅(qū)動(dòng)電源的可靠性,。

　?。?4） 選用具有較高阻燃性能的灌膠,，如果LED 燈電源在使用時(shí)發(fā)生火災(zāi)，將會(huì)造成生命和財(cái)產(chǎn)安全問題,。

　?。?5） 膠體的固化收縮率對電源器件會(huì)產(chǎn)生很大影響，固化收縮率過大的膠將導(dǎo)致元器件連接應(yīng)力的過大,，導(dǎo)致器件變形甚至損壞,。因此要選用收縮率較小的膠體，通常選用固化收縮率小于0. 1%的膠體,。2 驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)

　　目前LED 驅(qū)動(dòng)電源存在驅(qū)動(dòng)能力較低,，保護(hù)功能較少，輸出電壓電流不穩(wěn)定,，可靠性差等問題,，很難達(dá)到要求，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出了驅(qū)動(dòng)電源硬件電路的設(shè)計(jì)方案,，本設(shè)計(jì)能夠很好地提高LED 驅(qū)動(dòng)電源的可靠性,。

　　2. 1 總體電路設(shè)計(jì)

　　LED 驅(qū)動(dòng)電源的總體設(shè)計(jì)如圖1 所示。圖1 中主電路中U 為220 V 交流輸入電壓,； RC,CC和DC構(gòu)成RCD 電路,； T 為變壓器； S 為開關(guān)管,； D 為整流二極管,； C為整流電容； RC為采樣電阻,，具體電路如圖1 所示,。

　　電路在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到電路的可靠性，輸入端應(yīng)具有隔離電路,，以保護(hù)電網(wǎng)和用電設(shè)備的安全,。輸入端設(shè)計(jì)了輸入保護(hù)電路，用來保護(hù)LED 驅(qū)動(dòng)電源在電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生脈動(dòng)瞬態(tài)干擾下能夠正常工作,，并有效抑制共模和差模干擾,。為了提高電路的功率因數(shù)，電路中采用了有源功率因數(shù)校正電路,。為了實(shí)現(xiàn)恒流輸出,，采用電流反饋控制，RC采樣電阻感應(yīng)輸出電流大小,，與參考點(diǎn)電壓進(jìn)行比較,，輸出信號通過光電耦合電路輸入到控制器，產(chǎn)生PWM 控制信號，控制變壓器的工作方式,，已達(dá)到變壓器恒流輸出,。

圖1 LED 驅(qū)動(dòng)電源總體設(shè)計(jì)電路

　　2. 2 部分電路設(shè)計(jì)

　　（ 1） 輸入保護(hù)電路設(shè)計(jì)

　　LED 大功率燈驅(qū)動(dòng)電源一般用在室外,，用電環(huán)境相對比較惡劣,，且外界的各種干擾容易使電源出現(xiàn)問題。同時(shí),，LED 燈驅(qū)動(dòng)電源的故障,，也容易對電網(wǎng)的安全造成隱患。因此,，有必要在輸入端設(shè)計(jì)保護(hù)電路,，用來保護(hù)用電設(shè)備和電網(wǎng)的安全。

　　電路中有負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻,，用來啟動(dòng)過電流保護(hù)。通過保險(xiǎn)絲進(jìn)行過電流保護(hù),。利用壓敏電阻來抑制瞬變傳導(dǎo)產(chǎn)生的干擾,，吸收輸入端的浪涌和脈沖干擾。電路中設(shè)有共模與差模干擾抑制電路,，用來減小LED 驅(qū)動(dòng)電源對其他用電設(shè)備的干擾,，同時(shí)可以抑制外界用電設(shè)備對驅(qū)動(dòng)電源的干擾。

　?。?2） 功率因數(shù)校正電路

　　將交流220 V 市電經(jīng)整流后供給負(fù)載使用,，最常用的整流方式是由4 個(gè)二極管組成的整流橋?qū)⒔涣麟娮儞Q為直流電，但是這種方法存在著一個(gè)無法避免的缺點(diǎn)： 由二極管和電容組成的非線性電路會(huì)產(chǎn)生大量的電流諧波和無功功率,，造成電網(wǎng)的污染,。這種諧波污染不僅會(huì)使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變，而且還會(huì)造成用電設(shè)備的故障和損壞,。另外,，用電設(shè)備的功率因數(shù)越高，則有功功率所占的比重越大,，設(shè)備就越節(jié)能,。

　　為了提高功率因數(shù)，需要做兩個(gè)方面的工作： 一方面減小輸入電流和輸入電壓之間的相位差φ,，努力使兩者同相位,； 另一方面，需要減小輸入電流的諧波含量,，采取一定的方法使輸入電流的波形接近正弦波,。

基于上述要求，可以采用安森美公司生產(chǎn)的MC33260 芯片作為有源功率因數(shù)控制芯片，此芯片只需要使用最少的外部元件便可以實(shí)現(xiàn)控制要求,，可以極大地減小電感和功率開關(guān)的尺寸,，降低系統(tǒng)的成本且功能還能達(dá)到要求。電路如圖2 所示,。

圖2 功率因數(shù)校正電路（3） RCD 緩沖電路設(shè)計(jì)

　　為了防止開關(guān)管被峰值電壓擊穿,，通常可以采用的方法有如下兩種： 一是減小漏感,，二是通過設(shè)計(jì)RCD 緩沖電路吸收很高的電壓尖峰能量,。雖然在變壓器的加工過程中將線圈纏緊并緊密地包圍住氣隙，然后將線圈外圍包上銅箔可以有效地減小漏感,； 但變壓器漏感無法完全消失,，因此需要設(shè)計(jì)RCD 電路對電壓峰值進(jìn)行吸收，電路如圖3 所示,。

圖3 RCD 緩沖電路

　?。?） 變換電路設(shè)計(jì)

　　LED 路燈驅(qū)動(dòng)電源所需的輸出功率較大，需要較高的轉(zhuǎn)換效率,，且需要較好的調(diào)節(jié)性和較小的紋波,，由于考慮到需要將LED 照明裝置與電網(wǎng)隔離，以提高安全性,，所以采用單端反激式DC-DC 變換器,，這種隔離式的DC-DC 變換電路的變壓器不僅具有隔離和變壓的作用，還具有電感的特性,，可以起到儲(chǔ)存能量的作用,，且變換器工作于連續(xù)工作模式。這種變換器特別適用于功率為100 W ~ 200 W 之間的電源,，且輸出電壓較高,，輸出電流較小的場合。這種工作模式雖然會(huì)使變壓器副邊的二極管損耗較大,，但可以減小變壓器的鐵芯損耗,。變壓器副邊產(chǎn)生的串?dāng)_可以采用串聯(lián)飽和電感的方式來進(jìn)行抑制。

　?。?） PWM 控制電路設(shè)計(jì)

　　DC-DC 變換器的PWM 控制原理有兩種： 電壓控制型和電流控制型,。考慮到穩(wěn)定性問題,，我們采用電流控制型PWM 控制器,，即NCP1230 模塊（ 圖4） .它是一種峰值電流控制模式的PWM 控制器，具有向前極供電的功能,，在空載時(shí)關(guān)閉PFC 電路,，能夠提高電源的效率,。這款芯片還具有周期跳頻，內(nèi)部斜坡電壓補(bǔ)償,，軟啟動(dòng)等一系列功能,。

圖4 NCP1230 模塊PWM 控制電路

　　2. 3 電路的EMC 防護(hù)

　　LED 燈的驅(qū)動(dòng)電源受安裝環(huán)境條件的影響，很容易受到電磁干擾,，特別是雷擊干擾,。為此，驅(qū)動(dòng)電源在設(shè)計(jì)階段就要考慮這個(gè)問題,，并且要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn),。例如，防雷要求要達(dá)到D 級,，線線之間電壓承受± 6 kV,線地之間± 6 kV,在產(chǎn)品試驗(yàn)過程中,，直流輸出范圍應(yīng)與正常服務(wù)條件一致： DC 輸出電壓的波動(dòng)應(yīng)在± 10%以內(nèi)； 在試驗(yàn)過程中或試驗(yàn)結(jié)束后,，驅(qū)動(dòng)電源運(yùn)行時(shí)不應(yīng)有報(bào)警,、錯(cuò)誤報(bào)警等等。

　　3 小結(jié)

　　隨著大功率白光LED 的發(fā)展,，成本也會(huì)降低,，其驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)也將隨之得到發(fā)展，大功率LED 應(yīng)用在照明領(lǐng)域中,，將很快成為現(xiàn)實(shí)。以上提出的影響電源可靠性的幾個(gè)關(guān)鍵方法,，來源于我們?nèi)粘?shí)踐研究,，經(jīng)過一系列驗(yàn)證試驗(yàn)，各項(xiàng)性能符合要求,。