淺談幾款LED路燈電源設(shè)計(jì)方案

　　LED路燈是LED照明中，很重要的一個(gè)應(yīng)用。在節(jié)能省電的前提下，由于傳統(tǒng)的高壓鈉燈或是鹵素?zé)?，發(fā)光效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及高功率LED，LED路燈取代傳統(tǒng)路燈的趨勢越來越明顯。而隨著低耗電LED路燈的崛起，使得太陽能路燈變得更為可行。低耗電的特性，大大降低了電池的成本，解決了偏遠(yuǎn)地區(qū)夜間照明的問題。市面上，LED路燈電源的設(shè)計(jì)，有相當(dāng)多種，早期的設(shè)計(jì)，較重視低成本的追求，從簡單的棋盤式連接到只做定電流控制不調(diào)整電壓的設(shè)計(jì)，一時(shí)之間，蔚為主流。而隨著對(duì)LED越來越了解。以及眾多IC設(shè)計(jì)公司的新方案出爐。到近期，共識(shí)漸漸形成，高效率及高可靠性的電源設(shè)計(jì)，才是最重要的。

　　立锜科技近年來發(fā)表了一系列LED照明的驅(qū)動(dòng)IC。也一直關(guān)注LED路燈的發(fā)展，本文主要是針對(duì)幾種不同LED路燈的應(yīng)用，提出適合的架構(gòu)，并做優(yōu)缺點(diǎn)的分析。讓讀者能依自己公司狀況以及所設(shè)計(jì)路燈應(yīng)用范圍的不同，找出最合適的方案。同樣的架構(gòu)，也可用于其他大功率燈具的設(shè)計(jì)中。

　　1、直接AC輸入，對(duì)6串LED分別做定電流控制

　　在以下的幾種方案之中，這一種應(yīng)該是目前效率最高，電路成本最低的方式。直接藉由Photo-coupler對(duì)一次側(cè)做回溯控制，調(diào)整輸出電壓。相較于其他傳統(tǒng)方案，少一次的switchinglose。將CSpin的電壓固定在0。25V，對(duì)6串LED分別做定電流控制。IC會(huì)偵測各串FB的位置，將電壓最低那串，也就是Vf總和最高的那串，固定在0。5V。此時(shí)由于各串LEDVf值總和的不同，Vf差異所引起多余的電壓會(huì)落在MOS上面，造成些許損耗。如果是一般對(duì)Vf分BIN過后的LED，損耗應(yīng)該可以控制在2%以內(nèi)。少于一般的switchinglose。若使用LLC架構(gòu)的一次側(cè)，有機(jī)會(huì)讓整體電源效率接近90%?；诂F(xiàn)階段各LED廠并不傾向提供高功率LEDVf分Bin的服務(wù)。所以必需由用戶自行調(diào)整各串LEDVf的總和，造成大量生產(chǎn)時(shí)的困擾。目前此方式較適合對(duì)效率有極端追求的方案，特別是一些由省電的多寡來定價(jià)的項(xiàng)目。

　　優(yōu)點(diǎn)：效率高，成本低，

　　缺點(diǎn)：AC輸入，一次側(cè)的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，電源效率跟各串Vf的差異有關(guān)。

　　適用于追求高效率的路燈

　　2、DC或電池輸入，對(duì)6串LED分別做定電流控制

　　多串的升壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，LED驅(qū)動(dòng)的方式與前一種類似，差別在于由原來的AC輸入，改為經(jīng)由adaptor或是電池輸入。Low-sidesense的設(shè)計(jì)，只要選擇耐壓夠的MOS，LED可以串到相當(dāng)多的數(shù)目。相較于前面AC輸入的方案，設(shè)計(jì)較為簡單。但由于多了一次升壓的switching，效率相對(duì)較低升壓結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，效率對(duì)輸出電壓或是LED數(shù)目的變化較降壓為小，所以此架構(gòu)的LED配置較為靈活。LED數(shù)目的變化不易導(dǎo)致輸出電流或效率的改變。適合需任意配置LED數(shù)目的應(yīng)用。

　　優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡單，電路成本低；

　　缺點(diǎn)：效率較低，且跟Vf相關(guān)；

　　適合需靈活配置LED數(shù)目的多串LED設(shè)計(jì)。

　　3、單串降壓結(jié)構(gòu)

　　這應(yīng)該是目前最普遍的方式，設(shè)計(jì)簡單，效率也高。有些廠商，仍喜歡用單串的設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)是將來維修容易。而且可以做模塊化設(shè)計(jì)。不同功率的路燈可以使用相同的燈條，只要更換路燈面板，插上不同數(shù)目的燈條，就可以組合出各種不同功率的路燈。缺點(diǎn)是每一串都需要獨(dú)立的電源模塊。

例如60V的adaptor，LED最多串到15，16顆，如果要設(shè)計(jì)20W的燈條，就需要使用較大電流的LED。此種結(jié)構(gòu)，為了使效率達(dá)到最高，要讓輸入電壓盡可能接近輸出電壓。也就是說，必需針對(duì)LED的數(shù)目來調(diào)整輸入電壓，或是adaptor的輸出電壓。以10棵LED為例，如果要達(dá)到最高效率，就必須把輸入電壓調(diào)到約40V左右。而讓降壓的效率達(dá)到96%以上。而如果調(diào)整LED數(shù)目不相對(duì)調(diào)整輸入電壓，會(huì)對(duì)效率造成明顯的影響。

　　參考下圖，可發(fā)現(xiàn)，降壓的效率對(duì)輸出入電壓的變化較為明顯，在87%區(qū)域有個(gè)穩(wěn)定期。升壓雖然最大值比不上降壓，但整體效率相對(duì)穩(wěn)定，在93%區(qū)域有個(gè)穩(wěn)定期。

　　優(yōu)點(diǎn)：降壓結(jié)構(gòu)效率較高，單串設(shè)計(jì)，配置較為靈活；

　　缺點(diǎn)：電路成本較高，LED串聯(lián)數(shù)目，受限于輸入電壓，要達(dá)到最高效率需適當(dāng)?shù)恼{(diào)整輸入電壓
適合大多數(shù)有固定輸出輸入的路燈。

例如60V的adaptor，LED最多串到15，16顆，如果要設(shè)計(jì)20W的燈條，就需要使用較大電流的LED。此種結(jié)構(gòu)，為了使效率達(dá)到最高，要讓輸入電壓盡可能接近輸出電壓。也就是說，必需針對(duì)LED的數(shù)目來調(diào)整輸入電壓，或是adaptor的輸出電壓。以10棵LED為例，如果要達(dá)到最高效率，就必須把輸入電壓調(diào)到約40V左右。而讓降壓的效率達(dá)到96%以上。而如果調(diào)整LED數(shù)目不相對(duì)調(diào)整輸入電壓，會(huì)對(duì)效率造成明顯的影響。

　　參考下圖，可發(fā)現(xiàn)，降壓的效率對(duì)輸出入電壓的變化較為明顯，在87%區(qū)域有個(gè)穩(wěn)定期。升壓雖然最大值比不上降壓，但整體效率相對(duì)穩(wěn)定，在93%區(qū)域有個(gè)穩(wěn)定期。

　　優(yōu)點(diǎn)：降壓結(jié)構(gòu)效率較高，單串設(shè)計(jì)，配置較為靈活；

　　缺點(diǎn)：電路成本較高，LED串聯(lián)數(shù)目，受限于輸入電壓，要達(dá)到最高效率需適當(dāng)?shù)恼{(diào)整輸入電壓
適合大多數(shù)有固定輸出輸入的路燈。

　　流體流動(dòng)的阻力：由于流體的粘性和固體邊界的影響，使流體在流動(dòng)過程中受到阻力，這個(gè)阻力稱為流動(dòng)阻力，可分為沿程阻力和局部阻力兩種。

　　沿程阻力：在邊界沿程不變的區(qū)域，流體沿全部流程的摩檫阻力。

　　局部阻力：在邊界急劇變化的區(qū)域，如斷面突然擴(kuò)大或突然縮小、彎頭等局部位置，是流體的流體狀態(tài)發(fā)生急劇變化而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力。

　　通常LED是采用散熱器自然散熱，散熱器的設(shè)計(jì)分為三步：

　　1：根據(jù)相關(guān)約束條件設(shè)計(jì)處輪廓圖。

　　2：根據(jù)散熱器的相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)散熱器齒厚、齒的形狀、齒間距、基板厚度進(jìn)行優(yōu)化。

　　3：進(jìn)行校核計(jì)算。

　　散熱器的設(shè)計(jì)方法

　　自然冷卻散熱器的設(shè)計(jì)方法

　　考慮到自然冷卻時(shí)溫度邊界層較厚，如果齒間距太小，兩個(gè)齒的熱邊界層易交叉，影響齒表面的對(duì)流，所以一般情況下，建議自然冷卻的散熱器齒間距大于12mm，如果散熱器齒高低于10mm，可按齒間距≥1.2倍齒高來確定散熱器的齒間距。

　　自然冷卻散熱器表面的換熱能力較弱，在散熱齒表面增加波紋不會(huì)對(duì)自然對(duì)流效果產(chǎn)生太大的影響，所以建議散熱齒表面不加波紋齒。

　　自然對(duì)流的散熱器表面一般采用發(fā)黑處理，以增大散熱表面的輻射系數(shù)，強(qiáng)化輻射換熱。

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