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&&&&&& 【摘　要】当前，LED路灯在城市道路照明系统中得到了广泛的应用，但是其驱动电源仍存在着效率低、寿命短等问题，严重制约了LED路灯照明的发展。本文对LED路灯照明驱动电源的选择与应用展开了研究，介绍了LED路灯照明驱动电源的技术要求，并对其驱动电源拓扑选择进行了分析，为有关需要提供参考借鉴。
&&&&&&& 【关键词】LED路灯；驱动电源；选择；应用
&&&&&&& 0 引言
当前，LED作为一种新型的半导体照明器件，以其节能、环保、寿命长、高效、可靠性高等优点，逐渐取代以传统高压钠灯为主的路灯，在城市道路照明系统中得到广泛的应用。但是，由于LED路灯对驱动电源的性能及可靠性要求较高，LED路灯照明驱动电源已成为了制约LED路灯照明装置进一步推广应用的瓶颈。因此，选择高效率、寿命长、可靠性高的LED路灯照明驱动电源具有十分重要的意义。
&&&&&&& 1 LED工作原理概述
&&&&&&& LED即发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。其发光原理是在PN结处有发光层，当有电流流入时，电子和空穴结合释放出光辐射。
&&&&&&& (1)伏安特性。由图1可知，LED伏安特性曲线类似指数形式，当正向电压Vf超过阈值后，其微小波动就会引起正向电流If的急剧波动。
&&&&&&& (2)光特性。由图2可知，LED的光特性曲线被描述为电流IF的函数。正向电流越大，LED的光通量越大，但却不完全成正比。正向电流过弱会影响LED的发光强度，电流过强会影响LED的可靠性和寿命。
&&&&&&& (3)温度特性。由图3可知，随着温度的变化，LED正向压降改变，正向电流的大小也跟着变化，环境温度一旦超过阈值，LED的容许正向电流降幅就比较大，在此情况下如果还施加大电流，将造成LED老化。
&&&&&&& 所以，在LED工作中，为确保其工作状态的安全、稳定，要在各种不同状态下均输入一个稳定的工作电流，同时应保证LED的驱动电流必须低于LED容许额定值，但当环境温度升高时，所允许的额定电流会降低。为保证大功率LED达到理想的发光强度和安全性，大功率LED照明采用恒流驱动最合理。
&&&&&&& 2 LED路灯照明驱动电源技术要求
&&&&&&& LED路灯工作电压一般较小，为(3.4&0.2)V，单颗LED芯片功率工作电流为200～1400mA，并且具有单向性的特点，因而在实际使用中需要通过驱动电源将220V市电转化为LED正常工作的特定电压和电流。在选择LED路灯驱动电源时，主要考虑以下几点:
&&&&&&& (1)输出恒流性好。根据LED的电学特性，其驱动电源必须保证通过LED的电流在任何状态下保持恒流，即控制LED纹波电流在任何条件下保持在平均电流的20%之内。
&&&&&&& (2)驱动电源需要具有较高的功率因数(PF)。目前驱动电源都有功率因数指标要求，可以通过采取功率因数校正(PFC)技术来提高驱动电源的功率因数。
&&&&&&& (3)驱动电源需要高效率。提高LED驱动电源的效率，一方面能提高整灯的光效，达到节能的目的，另一方面能通过减少能耗，降低温度，有效延长驱动电源的寿命。
&&&&&&& (4)驱动电源需要具有抑制电磁干扰(EMI)的能力。在驱动电源的输入端需要加入EMI滤波器，滤除电网的干扰，同时防止驱动电源干扰电网。
&&&&&&& (5)驱动电源需要提供保护。驱动电源保护包括电压、过流、短路和过温保护。LED的理论寿命高达5万h，但LED驱动电源的实际寿命往往少于1万h，所以驱动电源需选择合适的拓扑结构和电子元器件，同时提供合适的保护电路。
&&&&&&& (6)驱动电源需要提供调光功能。LED可在0～100%范围之间进行调光，目前可以直接通过驱动电源进行调光，以保证LED的寿命，同时进一步实现节能环保。
&&&&&&& 综上所述，在设计LED路灯驱动电源时，不仅应考虑可靠性和安全性，同时要满足功率因数、效率、EMI、寿命等各方面的要求，除此之外，研究设计出低成本、标准化的LED驱动电源，也是LED推广必须解决的关键问题。
&&&&&&& 3 大功率LED驱动电源拓扑
驱动电源电路应具有结构简单、效率高、经济、体积小的特点，其输出参数(电流、电压等)应与被驱动的LED的技术参数相适应，并具有恒流控制和限制电压功能。在短路、断路等故障状态时，可以对驱动电源电路、LED有保护作用；同时，驱动电路工作时不会干扰其他元件的正常工作。下面简要介绍市场上常用的LED驱动电路。
&&&&&&& (1)电阻限流驱动。如图4所示，电阻限流驱动是最简单的一种驱动方法，这个应用方案通过限流电阻就可以控制LED的光强，但由于限流电阻需要消耗大量的能量，因而效率很低，另外调节精度有限，很小的电压变化就会导致LED亮度的变化。所以这种方案只适用于低成本、对发光效率要求不高的情况，一般用于小功率LED指示灯，而对大功率LED来说，使用效果较差，不节能。
&&&&&&& (2)线性控制驱动。如图5所示，线性控制驱动就是采用线性调节器来控制LED，线性调节器是利用线性区的功率三极管或金氧半场效晶体管作为动态可调电阻来控制负载，保证LED流过的电流保持在一个稳定值。线性控制驱动精度上有了很大提高，但由于功率管消耗了很多功率，因此整体工作效率低，不节能。
&&&&&&& (3)开关恒流源驱动。开关恒流源转换效率可达90%以上，是目前能量转换效率最高的。其先在输出端给电压或电流信号取样，然后通过PWM高频方波的脉冲宽度实现恒压或者恒流输出。在LED光源的驱动电路中，可根据LED光源的额定电流来选择它的恒流驱动。
通过以上三种驱动电源的比较可以看出，对于LED路灯来说，采用电阻限流和线性控制驱动方式都会产生较大的功率消耗，效率较低，节能效果不明显。而采用开关恒流驱动电源效率高、损耗小，还可利用PWM实现自动功率变换来调节LED的亮度，故采用开关恒流驱动控制作为LED路灯驱动电源的方案相对来说最合理。
&&&&&&& 4 LED路灯开关恒流源驱动电路框架构成
根据LED的连接方式和应用环境选择开关恒流源驱动电路结构，才能有效发挥LED节能环保的特点。图6为本文设计的LED路灯开关恒流源驱动电源电路的总体方案，输入电路包括EMI滤波器、整流滤波电路等，其输入电压范围为AC90～265V市电，经过整流后通过APFC电路实现功率因数校正，而DC/DC转换器选择半桥LLC谐振电路，完成隔离和降压的功能，最后为多路输出级，输出多路恒定的工作电流，同时通过PWM对LED路灯进行调光控制。
&&&&&&& 5 LED路灯实际应用案例
以某道路为例，该道路定位为城市主干道，结合城市道路改造，路灯光源由250W高压钠灯更换为180WLED灯，LED驱动电源采用深圳茂硕开关恒流源，经过3年来运行实际情况验证，其实际运行相关技术参数达到CJJ45&2006《城市道路照明设计标准》及GB/T《LED城市道路照明应用技术要求》要求，正常工作一年的损坏率小于3%，单灯年节省电能379.6kW&h，具体计算如表1所示。
&&&&&&& 由此可知，LED路灯与传统照明比较，更加高效环保，不但可以节省不少电能，而且能减少二氧化碳排放和煤炭资源的使用。
&&&&&&& 6 结语
综上所述，当前LED路灯照明驱动电源存在着输出功率低、寿命不能与LED相匹配等问题，已成为制约LED推广应用的重要因素。因此，研究LED路灯照明的驱动电源，设计高效率、高功率因数、高可靠性、长寿命的驱动电源，具有重要的实用价值，并对推动LED路灯照明的推广应用具有十分重要的意义。
参考文献：
&&&&&&& [1]马昌松,吴朝晖.基于电流型并联谐振多通道LED驱动电源设计[J].电力电子技术.2015(05)
&&&&&&& [2]张鹏,赵鹏.FAN6961在LED路灯驱动电源中的应用[J].中小企业管理与科技(上旬刊).2014(03)
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LED驱动电源，你了解多少？
LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。下面就为初入该行的业者提供一些LED驱动电源的相关知识。
　　1、什么是LED驱动电源
LED驱动电源把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。LED电源核心元件包括开关控制器、电感器、开关元器件（MOSfet）、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠压保护电路，LED开路保护、过流保护等电路。
2、LED驱动电源的特点
（1）高可靠性
特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。
（2） 高效率
LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。
（3）高功率因素
功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上使用照明量大，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。
（4）驱动方式
现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电也就是“中科慧宝“改采用的驱动方式，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。
（5）浪涌保护
LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此分析“中科慧宝“的驱动电源在浪涌保护方面应该有一定的欠缺，而至于电源及灯具频繁更换，LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。
（6）保护功能
电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高；要符合安规和电磁兼容的要求。
3、按驱动方式分类
（1）恒流式
恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；
恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路；
恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高；
应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量。
（2）稳压式
当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；
稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路；
以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；
亮度会受整流而来的电压变化影响。
4、整体恒流和逐路恒流工作方式优缺点
与整体恒流相较，逐路恒流虽然缺点比较多，成本也比较高。但是它能真正的起到保护LED和延长LED的寿命，所以逐路恒流才是未来的趋势。
5、LED电源的不足
LED驱动电源目前存在不足的原因：
生产LED照明及相关产品的公司的技术人员对开关电源的了解不够，做出的电源是可以正常工作，但一些关键性的评估及电磁兼容的考虑不够，还是有一定得隐患；
大部分LED电源生产企业都是从普通的开关电源转型过来做LED电源，对LED的特点及使用认识还不够；
目前关于LED的标准几乎没有，大部分都是参考开关电源和电子整流器的标准；
现在大部分LED电源没有统一，所以量大部分都比较小。采购量小，价格就偏高，而且元器件供应商也不太配合；
LED电源的稳定性：宽电压输入，高温和低温工作，过温、过压保护等问题都没有一一解决；
首先是驱动电路整体寿命，尤其是关键器件如：电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命；
是LED驱动器应挑战更高的转换效率，尤其是在驱动大功率LED时更是如此，因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散，电源转换效率的过低，影响了LED节能效果的发挥；
目前在功率较小（1-5W）的应用场合，恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1/3，已经接近了光源的成本，一定程度上影响了市场推广。
　　LED驱动电源的两大分类
LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。
由于各种规格不同的LED电源的性能和转换效率各不相同，所以选择合适、高效的LED专用电源，才能真正展露出LED光源高效能的特性。因为低效率的LED电源本身就需要消耗大量电能，所以在给LED供电的过程中就无法凸显LED的节能特点。总之，LED电源在LED工作中的稳定性、节能性、寿命长短，具备重要的作用。
LED的电源有哪些分类呢？
一、LED电源按驱动方式可以分为两大类：
A.稳压式：
1、稳压电路确定各项参数后，输出的是固定电压，输出的电流却随着负载的增减而变化
2、稳压电路虽然不怕负载开路，但是严禁负载完全短路
3、整流后的电压变化会影响LED的亮度
4、要使每串以稳压电路驱动LED显示亮度均匀，需要加上合适的电阻才可以
B. 恒流式：
1、恒流驱动电路驱动LED是很理想的，缺点就是价格较高
2、恒流电路虽然不怕负载短路，但是严禁负载完全开路
3、恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化
4、 要限制LED的使用数量，因为它有最大承受电流及电压值
二、LED电源按电路结构可以分为六类：
1、常规变压器降压：
这种电源的优点是体积小，不足之处是重量偏重、电源效率也很低，一般在45%~60%，因为可靠性不高，所以一般很少用。
2、电容降压：
这种方式的LED电源容易受电网电压波动的影响，电源效率低，不宜LED在闪动时使用，因为电路通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过LED的瞬间电流极大，容易损坏芯片。
3、电子变压器降压：
这种电源结构不足之处是转换效率低，电压范围窄，一般180~240V，波纹干扰大。
4、电阻降压：
这种供电方式电源效率很低，而且系统的可靠也较低。因为电路通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，并且降压电阻本身还要消耗很大部分的能量。
5、RCC降压式开关电源：
这种方式的LED电源优点是稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可在70%~80%，应用较广。缺点主要是开关频率不易控制，负载电压波纹系数较大，异常情况负载适应性差。&
6、PWM控制式开关电源：
目前来说，PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的，因为这种开关电源的输出电压或电流都很稳定。电源转换效率极高，一般都可以高达80%~90%，并且输出电压、电流十分稳定。这种方式的LED电源主要由四部分组成它们分别是：输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。而且这种电路都有完善的保护措施，属于高可靠性电源。
　　LED驱动电源九大性能特点要求
据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下九大性能特点要求：
1．高可靠性 特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。
2．高效率 LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。
3．高功率因素 功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。
4．驱动方式 现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。
5．浪涌保护 LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。
6．保护功能 电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。
7．防护方面 灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。
8．驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配。
9．要符合安规和电磁兼容的要求。
随着LED的应用日益广泛，LED驱动电源的性能将越来越适合LED的要求。
确定LED驱动电源质量的七大原则
1、放弃4路以上输出，发展单路或两路输出，放弃大电流和超大电流，发展小电流。
输出路数越多越复杂，不同出路之间的电流干扰解决起来成本很高，如不解决则故障率较高。另外输出路数越多则总输出电流也就越大，而电流是发热的主要原因，电压本身不直接导致发热，简单来说发热量与电流的平方成正比，也就是说电流增加到原来的2倍的话，发热量将增加到原来的4倍，电流增加到原来3倍，发热量将增加到原来9倍。综上所述，单路或两路输出的LED灯电源故障率会降低很多。
2、智能控制是LED灯具的优势之一，而电源是智能控制的关键。
智能控制在LED路灯和LED隧道灯照明应用上条件最成熟效果最明显，智能控制能在不同时间段、根据道路车流密度来实现灯具功率的无级控制，既满足应用要求，又实现巨大的节能效果，可以为公路主管单位节省大量经费。在隧道照明上的应用不但可以节能，还可以按照隧道外的亮度情况自动调节隧道出入口亮度，给司机提供一个视觉过度阶段，以保证驾驶安全。
3、放弃大功率、超大功率，选择较高稳定性的中小功率电源。
因为功率越大，发热量越大，里面的零部件也越紧凑，不利于散热，而温度正是电源发生故障的罪魁祸首。再者，小功率电源相对来说发展的较为成熟，稳定性和成本方面都有优势。其实很多大功率电源方案都没有经过时间验证及实践证明，都是匆匆上马的项目，都是实验性的产品，因此故障层出不穷。相比之下中小功率电源因发展较早，技术方案要成熟的多。
4、散热和防护是电源故障的主要外部因素。
不仅电源本身会发热，灯具也会发热，这两种热源如何合理的散发出去是灯具设计工程师必须考虑的问题，一定要防止热量的过度集中，形成热岛效应，影响电源寿命。采用分离式电源方案是一个好的选择。
5、维护的可行性。
电源的故障问题不可能完全避免，成都朝月光电提出了维护简便性原则。只有把电源的更换做的跟常规照明的光源的更换那么简便时，才能是用户用的开心，即便是电源坏了，心情也不会太差，而用户的心情好坏决定着LED灯厂家的命运。
6、防护性能。
防护问题也很重要，水分的渗透可能引起电源的短路，外壳上的沙尘会影响电源的散热，暴晒则容易引起高温和电线及其他元器件的老化，从实际使用中的经验来看，旋转接线插头的故障率较高，多数为漏水造成故障。
7、模块化设计。
模块化设计已经成为当今的潮流，必须在模块电源一体化上想办法，，如果电源能用插拔的方式解决维护问题，一定会受到用户的欢迎，同时还需建立接口标准化，让不同厂家的LED灯电源能够通用。
总结：LED灯电源最好采用分体式设计，同时注重电源的可靠性与寿命，哪怕增加一点成本，只有站在客户的角度去设计产品，企业才能得到长久的发展。
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