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

①發(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%.

②安全，環(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。

③壽命長，可靠性高，LED 的平均壽命長達50 000 h,大功率照明LED 以其特殊的電子結構保證其工作時有良好的穩(wěn)定性和可靠性，甚至在水下也能長時間穩(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，維護費用低廉。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，光線質量高，單一顏色LED 的光譜狹窄，譜線單一，集中在可見光波段。

⑤體積小，重量輕，可以靈活地排列搭配使用。

⑥響應時間短，LED 的響應時間只有數(shù)十納秒。

99%以上的燈故障都是由于驅動電源引起的，LED 的壽命長達50 000 h,但與之配套的驅動電源的壽命僅為10 000 h.所以LED 燈照明裝置能否應用推廣的關鍵環(huán)節(jié)之一是其驅動電源問題，本文就提高大功率（ 100 ~ 200 W） 驅動電源的可靠性從如下兩大方面進行了探討。

1 防水及降溫處理

大功率LED 燈一般安裝在室外，風吹雨淋自然難免，做好防水工作是關鍵所在。目前大家通用的方式是灌膠，而膠導熱系數(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，灌注溫度應低于150 ℃，選用- 40 ~ + 150 ℃的高品質膠。

（ 2） 膠體的電氣絕緣性能等級要符合要求。

（ 3） 灌膠導熱系數(shù)對驅動電源散熱影響情況，由于電源的殼體結構已經(jīng)確定，因此驅動電源的散熱主要通過膠體傳導，將熱量傳導到殼體，而后通過對流散熱。表1 是導熱系數(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 不同導熱系數(shù)的膠體對溫度的影響



通過比較可知良好的導熱系數(shù)可以降低電子器件的溫升，進而能夠提高器件使用壽命，增加LED 驅動電源的可靠性。
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（ 4） 選用具有較高阻燃性能的灌膠，如果LED 燈電源在使用時發(fā)生火災，將會造成生命和財產(chǎn)安全問題。

（ 5） 膠體的固化收縮率對電源器件會產(chǎn)生很大影響，固化收縮率過大的膠將導致元器件連接應力的過大，導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 驅動電源電路設計

目前LED 驅動電源存在驅動能力較低，保護功能較少，輸出電壓電流不穩(wěn)定，可靠性差等問題，很難達到要求，根據(jù)設計經(jīng)驗提出了驅動電源硬件電路的設計方案，本設計能夠很好地提高LED 驅動電源的可靠性。

2. 1 總體電路設計

LED 驅動電源的總體設計如圖1 所示。圖1 中主電路中U 為220 V 交流輸入電壓； RC,CC和DC構成RCD 電路； T 為變壓器； S 為開關管； 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。

電路在設計時考慮到電路的可靠性，輸入端應具有隔離電路，以保護電網(wǎng)和用電設備的安全。輸入端設計了輸入保護電路，用來保護LED 驅動電源在電網(wǎng)側產(chǎn)生脈動瞬態(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。為了實現(xiàn)恒流輸出，采用電流反饋控制，RC采樣電阻感應輸出電流大小，與參考點電壓進行比較，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，已達到變壓器恒流輸出。


2. 2 部分電路設計

（ 1） 輸入保護電路設計

LED 大功率燈驅動電源一般用在室外，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，LED 燈驅動電源的故障，也容易對電網(wǎng)的安全造成隱患。因此，有必要在輸入端設計保護電路，用來保護用電設備和電網(wǎng)的安全。

電路中有負溫度系數(shù)熱敏電阻，用來啟動過電流保護。通過保險絲進行過電流保護。利用壓敏電阻來抑制瞬變傳導產(chǎn)生的干擾，吸收輸入端的浪涌和脈沖干擾。電路中設有共模與差模干擾抑制電路，用來減小LED 驅動電源對其他用電設備的干擾，同時可以抑制外界用電設備對驅動電源的干擾。

（ 2） 功率因數(shù)校正電路

將交流220 V 市電經(jīng)整流后供給負載使用，最常用的整流方式是由4 個二極管組成的整流橋將交流電變換為直流電，但是這種方法存在著一個無法避免的缺點： 由二極管和電容組成的非線性電路會產(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使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變，而且還會造成用電設備的故障和損壞。另外，用電設備的功率因數(shù)越高，則有功功率所占的比重越大，設備就越節(jié)能。

為了提高功率因數(shù)，需要做兩個方面的工作： 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現(xiàn)控制要求，可以極大地減小電感和功率開關的尺寸，降低系統(tǒng)的成本且功能還能達到要求。電路如圖2 所示。

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（3） RCD 緩沖電路設計

為了防止開關管被峰值電壓擊穿，通?？梢圆捎玫姆椒ㄓ腥缦聝煞N： 一是減小漏感，二是通過設計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，因此需要設計RCD 電路對電壓峰值進行吸收，電路如圖3 所示。


（4） 變換電路設計

LED 路燈驅動電源所需的輸出功率較大，需要較高的轉換效率，且需要較好的調節(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)生的串擾可以采用串聯(lián)飽和電感的方式來進行抑制。

（5） PWM 控制電路設計

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，在空載時關閉PFC 電路，能夠提高電源的效率。這款芯片還具有周期跳頻，內部斜坡電壓補償，軟啟動等一系列功能。


2. 3 電路的EMC 防護

LED 燈的驅動電源受安裝環(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，驅動電源在設計階段就要考慮這個問題，并且要達到一定的標準。例如，防雷要求要達到D 級，線線之間電壓承受± 6 kV,線地之間± 6 kV,在產(chǎn)品試驗過程中，直流輸出范圍應與正常服務條件一致： DC 輸出電壓的波動應在± 10%以內； 在試驗過程中或試驗結束后，驅動電源運行時不應有報警、錯誤報警等等。

LED驅動電源的設計一直在不斷的研究和發(fā)展中，相信不久LED燈將會得到廣泛的應用。