LED吸頂燈及其驅(qū)動(dòng)電源解讀

　　圖4較薄的厚度減小了導(dǎo)熱系數(shù)的作用

　　吸頂燈的泡殼厚度只有1-2mm。所以雖然它的導(dǎo)熱系數(shù)只在0.1-1W/mk，但還是能夠很快地把熱量從一邊傳到另一邊。

　　而且塑料的輻射能力是很強(qiáng)的，見(jiàn)下表：

　　所以泡殼可以很好地輻射散熱。因?yàn)樵谖敓舻膬?nèi)部空氣的流通很好，很容易把熱量帶到泡殼上。所以燈罩起了主要的散熱作用。

　　3. 面積大：根據(jù)圓形的面積計(jì)算公式：S=πr2，或S=π（d/2） 2，對(duì)于一個(gè)直徑為45cm的圓形吸頂燈，它的底板面積就是1590cm2。因?yàn)槲敓敉ǔ０惭b在室內(nèi)，沒(méi)有過(guò)高室溫，所以可以采用40cm2/W的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那樣也可以散去40W的功率。但是由于底板靠近天花板，不易散熱，所以底板的實(shí)際散熱效果會(huì)差很多。

　　而燈罩因?yàn)槭乔嫘?，其面積要比圓形更大，而且它的安裝朝下，沒(méi)有任何阻擋，所以散熱效果要比底板更好。

　　4. 關(guān)鍵的問(wèn)題是要把安裝LED燈珠的鋁基板或印制板的銅箔面積做得足夠大。

　　實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于小于30W的吸頂燈采用普通的印制板就可以很好地散熱，而且為了利用自由流通的空氣。在印制板的兩面把熱量帶走，所以也不需要把鋁基板或印制板通過(guò)導(dǎo)熱膠緊貼底板來(lái)散熱，反而要把印制板墊高離開(kāi)底板5mm，以便空氣流通。

　　5. 底板上多打一些通風(fēng)孔會(huì)對(duì)散熱有很大的好處。這些通風(fēng)孔應(yīng)當(dāng)打在外圈，以免被阻擋。但也可能帶來(lái)小蟲(chóng)鉆入的可能性。

　　采取以上措施以后，LED吸頂燈并不需要很重的鰭片式散熱器也可以滿足散熱的要求?？梢哉f(shuō)LED吸頂燈是唯一不需要特制的鋁散熱器的LED燈具。

　　五、LED吸頂燈的電源

　　現(xiàn)在讓我們先來(lái)看一下普通吸頂燈的電源。

　　普通吸頂燈通常采用電子鎮(zhèn)流器，或者稱為高頻變壓器。但是市面上的電子鎮(zhèn)流器的質(zhì)量都比較差。例如，作者就測(cè)試了一款普通吸頂燈安裝了飛利浦的32W環(huán)形燈管。實(shí)測(cè)的結(jié)果如下：Pin=16W，PF=0.62。所以它只用到環(huán)形燈管50%的功率，而且功率因數(shù)也很差。作者也測(cè)試了一個(gè)9W節(jié)能燈的參數(shù)，測(cè)得Pin=8.4W，PF=0.563

　　二者的功率因數(shù)都不能滿足>0.7的要求，但仍然在市面上大量流通。

　　對(duì)于LED吸頂燈的電源可以分為非隔離式和隔離式兩大類：

　　5.1 非隔離恒流源，由于LED吸頂燈不像球泡燈那樣容易被用戶用手觸摸到，而且由于不需要接觸式導(dǎo)熱，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很容易把鋁基板或印制板和金屬底板絕緣起來(lái)，所以采用非隔離電源是可以很容易通過(guò)CE、UL等安全認(rèn)證。再加上它的安裝通常是由專業(yè)的電工來(lái)安裝，也減小了用戶觸電的危險(xiǎn)。

　　我們知道LED必須采用恒流源來(lái)驅(qū)動(dòng)，否則由于它的負(fù)溫度系數(shù)，而會(huì)使電流急劇上升導(dǎo)致結(jié)溫升高，壽命縮短。恒流源分為線性和開(kāi)關(guān)式兩種。線性恒流源的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI），簡(jiǎn)單，成本低。它的缺點(diǎn)是效率比較低。

　　1. 采用恒流二極管的非隔離恒流源

　　恒流二極管是一種線性恒流源，它的恒流作用可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。最簡(jiǎn)單的方法就是把恒流二極管直接和LED串聯(lián)。但是我們?cè)谟糜贚ED驅(qū)動(dòng)時(shí)必須注意選擇恰當(dāng)?shù)碾娏骱湍蛪骸?/P>

　　最低電壓

　　由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進(jìn)入恒流，所以太低的電源電壓是無(wú)法工作的。通常這個(gè)Vk大約在5-10V左右。

　　最高電壓

　　由于恒流二極管必須能吸收掉電源電壓的變化，對(duì)于同樣的百分比，220V就要比110V的變化范圍大一倍。例如對(duì)于+10%~-20%的變化范圍，對(duì)于220V就意味著22+44=66V的變化范圍，經(jīng)過(guò)橋式整流以后這個(gè)變化還會(huì)加大1.2倍，變成79.2V。而對(duì)于110V電源，同樣的變化范圍只相當(dāng)于39.6V的變化范圍。電壓越低，就意味著功耗越小，效率越高。所以可以說(shuō)恒流二極管更適用于110V市電的國(guó)家。

　　最大電流

　　由于恒流二極管的功耗受到限制，所以過(guò)大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二極管就很難提供。即使能夠提供，它的功耗也過(guò)大而使整體效率大為降低。

　　恒流二極管最適用的使用場(chǎng)合就是交流市電供電的LED燈具，采用很多小功率LED串聯(lián)，也就是高壓小電流的情況是最為合適。

　　圖5就是一種用于吸頂燈的恒流二極管驅(qū)動(dòng)源。其負(fù)載是80顆3022串聯(lián)，總功率為16W。所用的恒流二極管也是恒流在60mA。假如手頭的恒流二極管只有30mA的，就需要2串并聯(lián)。

　　在這里，恒流二極管的作用就是要在輸入市電電壓變化時(shí)，保持輸出電流不變，當(dāng)然也可以消除由于LED負(fù)溫度系數(shù)所引起的電流增大。但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制，所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來(lái)說(shuō)，它的工作電壓范圍還要減去它的最小工作電壓10V，可用的電壓范圍也就只有90V。用在220V市電電源里， 如果市電變化+10%，~-20%，就相當(dāng)于整流后為290~211V，電壓變化79V，在其耐壓范圍內(nèi)。假如所用的LED為80顆，如果正向電壓為3.3V，那么總電壓為264V，正好相當(dāng)于220V經(jīng)過(guò)橋式整流以后的值。這時(shí)候恒流二極管上沒(méi)有壓降，但是這時(shí)候它是不能工作的而至少需要10V壓降，也就是要求整流后電壓為274V，市電電壓為228VAC。那時(shí)候恒流二極管壓降為最小，功耗也最小，只有0.03Ax10V=0.3W，整體效率為最高可達(dá)96%（當(dāng)然還要考慮整流器的效率，實(shí)際上還會(huì)低一些）。如果市電增高至242VAC，那么恒流二極管電壓就增高為26.4V，其功耗也增加到0.79W，這時(shí)候效率就等于91%。

　　如果市電電壓低于228V，是不是恒流二極管就不工作呢？并不是，但的確是不恒流了，這時(shí)候它和LED就會(huì)達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，那就是二者的電壓和等于市電電壓經(jīng)過(guò)整流后的電壓。因?yàn)長(zhǎng)ED伏安特性的非線性，所以很難用公式來(lái)表示。總之，當(dāng)市電電壓降低時(shí)，LED中的電流就會(huì)隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會(huì)跟著變暗。但是這時(shí)候恒流二極管的壓降不大所以并不消耗很多功率。所以效率還是很高的。

　　前面假定了LED的正向壓降為3.3V，實(shí)際上即使其額定為3.3V，在開(kāi)機(jī)一段時(shí)間以后，由于結(jié)溫的升高，正向壓降就會(huì)降低至3.1V甚至3.0V。

　　一個(gè)采用恒流二極管的8W電源的實(shí)測(cè)結(jié)果如下表所示：

　　由表中可見(jiàn)，采用恒流二極管以后其最高效率的確可以做到非常高。是一種值得選用的電源。為了在220V得到最高的效率，看來(lái)應(yīng)該串聯(lián)90個(gè)以上的LED。

　　各種恒流二極管的參數(shù)如下表所示：

　　2.采用高壓直接降壓的開(kāi)關(guān)式恒流源

　　由交流直接整流得到的電壓是264V，這時(shí)候可以采用直接降壓的高壓Buck電路來(lái)恒流。

　　a）PAM99700

　　圖6. 采用美國(guó)PAM公司的PAM99700的高壓Buck的電路圖。

　　這個(gè)電路的特點(diǎn)是效率高達(dá)90%，功率因數(shù)也大于0.9以上。外部電路也很簡(jiǎn)單?？梢则?qū)動(dòng)多達(dá)40個(gè)1W的LED。一個(gè)采用PAM99700的LED吸頂燈照片如圖7所示。

　　它是采用24串7并的3014型LED，總功率16.8W。右下角的藍(lán)色印制板是紅外遙控接收器。

　　圖7. 采用PAM99700作為恒流驅(qū)動(dòng)源的LED吸頂燈

　　它的實(shí)測(cè)結(jié)果如下（圖8）：

　　圖8. 效率、功率因素和LED電流和輸入電壓的關(guān)系

　　b）HV9861A

　　最近美國(guó)Supertex公司推出了新款高壓降壓芯片HV9861A以取代HV9910B.它采用了均值取樣從而提高了恒流精度至+/-3%。它的電路圖如圖9所示。

　　圖9. HV9861A直接降壓式電路圖

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