LED電源

LED電源

LED電源是電源中的一種,是向電子設備提供功率的裝置,也是電源供應器。是通過變壓器和整流器,把交流電變成直流電的裝置,這個裝置就叫做整流電源,也叫驅動電源。把能提供信號的電子設備叫做信號源。鋰電池、乾電池、整流電源、信號源有時也叫做電源。電池分±級。

基本信息

LED電源介紹

把其他形式的能轉換成電能的裝置叫做電源。

發電機能把機械能、化學能等轉換成電能,乾電池能把化學能轉換成電能。

電池本身並不帶電,它的兩極分別有正負電荷,由正負電荷產生電壓(電流是電荷在電壓的作用下定向移動而形成的),電荷是廣泛存在於導體中的導電的離子,要產生電流只需要加上電壓即可。

當電池兩極接上導體時為了產生電流而把電荷釋放出去,當電荷散盡時乾電池等叫做電源;通過變壓器和整流器,把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號的電子設備叫做信號源。

LED電源是恆流源,一般開關電源是恆壓源。

工作原理:LED對電源的供給有2個方面的要求,首先要求輸出電壓>LED的導通電壓,其次是要求工作電流穩定,並且不能大於LED的額定電流。當LED的工作電流超過額定電流時,LED會很快出現衰老損壞。因此LED使用的電源必須具有恆流功能。

在設計LED用的開關電源,首先確定LED的電流,然後根據使用燈珠的串聯數量來確定電源電壓。設計時以電流作為主要工作參數,電壓為輔助參數。其框圖如下圖所示:

LED電源 LED電源

電壓

LED電源一般的工作電壓為3.0~3.6V。有一些工作電壓更低,如2.0、2.5、2.7V 等;也有一些 是1.2V常用工作電壓為5V、12V、24V,還有少數15V 或28V 的特殊用途的電壓源。

電流

從幾毫安到幾安都有,但是由於大多數嵌入式電子產品的工作電流小於300mA,所以30~300mA 的電源在品種及數量上占較大的比例。

尺寸

發展的攜帶型產品都採用貼片式器件,主要有SO封裝、SOT-23 封裝,μMAX 封裝及封裝尺寸最小的SC-70 及最新的SMD封裝等,使電源占的空間越來越小。

措施

新型電源有完善的保護措施,這包括:輸出過流限制、過熱保護、過壓保護、短路保護及電池極性接反保護。

耗電功能

新型電源的靜態電流都較小,一般為幾十μA 到幾百μA。

個別微功耗的線性穩壓器,其靜態電流僅1.1μA。另外,不少電源IC 有關閉電源控制端功能(用電瓶來控制),在關閉電源狀態時IC 自身耗電在1μA 左右。

由於它可使一部分電路不工作,可大大節省電能。

例如,在無線通信設備上,在傳送狀態時可關閉接收電路;在未接收到信號時可關閉顯示電路等。

輸出

不少攜帶型電子產品中有單片機,在電源因過熱或電池低電壓而使輸出電壓下降一定百分數時,電源有一個電源工作狀態信號輸給單片機,使單片機復位,利用這個信號也可以做成電源工作狀態指示(當電池低電壓時,有LED 顯示)。

電壓

一般的輸出電壓精度為±2~4%之間,有不少新型電源的精度可達±0.5~±1%;

並且輸出電壓溫度係數較小,一般為±0.3~±0.5mV/℃,而有一些可達到±0.1mV/℃的水平。

線性調整率一般為0.05%~0.1%/V,有的可達0.01%/V;負載調整率一般為0.3~0.5%/mA,有的可達0.01%/mA。

電源

升壓式DC/DC 變換器的效率高,但紋波及噪聲電壓較大,低壓差;線性穩壓器效率低,‘但噪聲最小,這兩者結合組成的雙輸出電源IC 可較好地解決效率及噪聲的問題。例如,數字電路部分採用升壓式DC/DC 變換器電源,而對噪聲敏感的電路採用LDO 電源,這種電源有MAX710/711,MAX1705/1706 等。

另一種例子是電荷泵+LDO 組成,輸出穩壓的電荷泵電源IC,例如MAX868,它可輸出0~-2VIN 可調的穩定電壓,並可提供30mA 電流;MAX1673穩壓型電荷泵電源IC 輸出與VIN 相同的負壓,輸出電流可達120mA不等。

分類

1、按供電電壓分:高壓AC85-265、低壓1.5-36V

2、按供電方式分:恆壓源和恆流源之分.

3、按輸入輸出的隔離關係分:隔離電源和非隔離電源.

4、輸入電壓與輸出電壓的關係分:升壓型、降壓型、升降壓型.等等

LED不能像傳統光源那樣直接使用供電電源,需要驅動電路將供電電源變換為直流電流才能工作。LED驅動電路的類型、結構與供電電源的類型有關,通常分為直流供電、交流供電兩大類。

直流供電

指能直接提供直流電流的各種乾電池、蓄電池和太陽能電池等,根據所提供的電源電壓又可分為以下幾種形式。

低電壓驅動低電壓驅動就是指用低於LED正嚮導通壓降的電壓驅動LED,如一節普通乾電池或鎳鉻/鎳氫電池,其正常供電電壓為0.8~1.65V。低電壓驅動LED需要把電壓升高到足以使LED導通的電壓值。對於LED這樣的低功耗照明器件,這是一種常見的使用情況,如LED手電筒、LED應急燈、節能檯燈等。由於受單節電池容量的限制,一般不需要很大功率,但要求有最低的成本和比較高的變換效率。另外,考慮到有可能配合一節5號電池工作,還要有最小的體積,其最佳技術方案是電荷泵式升壓變換器。

過渡電壓驅動過渡電壓驅動是指給LED供電的電源電壓值在LED管壓降附近變動,這個電壓有時可能略高於LED管壓降,有時可能略低於LED管壓降。如一節鋰電池或者兩節串聯的鉛酸電池,滿電時電壓在4V以上,電快用完時電壓在3V以下。用這類電源供電的典型套用有LED礦燈等。過渡電壓驅動LED的電源變換電路既要解決升壓問題又要解決降壓問題,為了配合一節鋰電池工作,也需要有儘可能小的體積和儘量低的成本。一般情況下功率也不大,其最高性價比的電路結構是反極性電荷泵式變換器。

高電壓驅動高電壓驅動是指給LED供電的電壓值始終高於LED管壓降,如6V、12V、24V蓄電池,典型套用有太陽能草坪燈、太陽能庭院燈、機動車的燈光系統等。高電壓驅動LED要解決降壓問題,由於高電壓驅動一般是由普通蓄電池供電,會用到比較大的功率(如機動車照明和信號燈光),應該有儘量低的成本。變換器的最佳電路結構是串聯開關降壓電路。交流供電(市電驅動),這是一種對LED照明套用最有價值的供電方式,是半導體照明普及套用必須要解決好的問題,交流供電(市電驅動)套用於LED驅動,一般要經過降壓、整流、濾波、穩壓(或穩流)等環節,使交流電源轉換為直流電源,然後通過適當的驅動電路為LED提供合適的工作電流,還要有比較高的變換效率、有較小的體積和較低的成本。另外,還應該解決安全隔離問題。考慮到對電網的影響,還要解決好電磁干擾和功率因數問題。對中小功率的LED,其最佳電路結構是隔離式單端反激變換器。對於大功率的套用,應該使用橋式變換電路。

用途

LED電源廣泛套用於路燈、隧道燈、LED地磚、LED點光源、LED格柵燈、LED室內燈、LED天花燈、樓宇、路橋、廣場建築設施、草坪燈、幕牆燈、LED洗牆燈,檯燈 酒店 體育場 LED植物燈 水族燈等;

信息平面顯示有 LED顯示屏、顯示板、動態廣告牌、模擬動畫、體育場館、車廂內的指示燈及內部閱讀燈、車外的剎車燈、尾燈、轉向燈、側燈、防爆燈具、礦業生產中的礦燈等。

設計

LED電源 LED電源

LED驅動電源的設計並不難,但是心裡一定要先規劃好。

只要做到調試前計算,調試時測量,調試後老化,相信誰都可以搞好LED。

1、LED電流大小

大家都知道LEDripple過大的話,LED壽命會受到影響,影響有多大,也沒見過哪個專家說過。

2、晶片發熱

這主要針對內置電源調製器的高壓驅動晶片。

假如晶片消耗的電流為2mA,300V的電壓加在晶片上面,晶片的功耗為0.6W,當然會引起晶片的發熱。驅動晶片的最大電流來自於驅動功率MOS管的消耗,簡單的計算公式為I=cvf(考慮充電的電阻效益,實際I=2cvf,其中c為功率MOS管的cgs電容,v為功率管導通時的gate電壓,所以為了降低晶片的功耗,必須想辦法降低c、v和f。

如果c、v和f不能改變,那么請想辦法將晶片的功耗分到晶片外的器件,注意不要引入額外的功耗。再簡單一點,就是考慮更好的散熱吧。

3、功率管發熱

關於這個問題,也見到過有人在論壇發過貼。

功率管的功耗分成兩部分,開關損耗和導通損耗。

要注意,大多數場合特別是LED市電驅動套用,開關損害要遠大於導通損耗。

開關損耗與功率管的cgd和cgs以及晶片的驅動能力和工作頻率有關,所以要解決功率管的發熱可以從以下幾個方面解決:A、不能片面根據導通電阻大小來選擇MOS功率管,因為內阻越小,cgs和cgd電容越大。

如 1N60的cgs為250pF左右,2N60的cgs為350pF左右,5N60的cgs為1200pF左右,差別太大了,選擇功率管時,夠用就可以了。 B、剩下的就是頻率和晶片驅動能力了,這裡只談頻率的影響。

頻率與導通損耗也成正比,所以功率管發熱時,首先要想想是不是頻率選擇的有點高。

想辦法降低頻率吧!不過要注意,當頻率降低時,為了得到相同的負載能力,峰值電流必然要變大或者電感也變大,這都有可能導致電感進入飽和區域。

4、工作頻率降頻

這個也是用戶在調試過程中比較常見的現象,降頻主要由兩個方面導致。輸入電壓和負載電壓的比例小、系統干擾大。

對於前者,注意不要將負載電壓設定的太高,雖然負載電壓高,效率會高點。

對於後者,可以嘗試以下幾個方面:

a、將最小電流設定的再小點;

b、布線乾淨點,特別是sense這個關鍵路徑;

c、將電感選擇的小點或者選用閉合磁路的電感;

d、加RC低通濾波吧,這個影響有點不好,C的一致性不好,偏差有點大,不過對於照明來說應該夠了。

無論如何降頻沒有好處,只有壞處,所以一定要解決。

5、電感或者變壓器的選擇

相同的驅動電路,用a生產的電感沒有問題,用b生產的電感電流就變小了。

遇到這種情況,要看看電感電流波形。

有的工程師沒有注意到這個現象,直接調節sense電阻或者工作頻率達到需要的電流,這樣做可能會嚴重影響LED的使用壽命。

所以說,在設計前,合理的計算是必須的,如果理論計算的參數和調試參數差的有點遠,要考慮是否降頻和變壓器是否飽和。

變壓器飽和時,L會變小,導致傳輸delay引起的峰值電流增量急劇上升,那么LED的峰值電流也跟著增加。在平均電流不變的前提下,只能看著光衰了。

電源壽命

LED晶片和電源裝在一起,一般空間狹小,散熱條件差,如何保證LED電源質量和壽命,就要從設計前就開端思忖,從而避免LED電源很快失效,可以說LED電源壽命是制約著LED發展的關鍵。

這是一下需要系統設計和考慮的綜合問題。

我們認為影響LED電源壽命的性能包括環境特徵,部件和電力待征,綜合有以下方面:

1、實際套用環境的影響:高濕環境、高溫環境、多塵環境、強磁環境、震動環境

2、燈飾溫度環境的影響:燈飾內溫小於65度、燈飾外殼小於75度、電源溫度小於60度

3、供電電網的影響:不穩定電網的電壓輸入會對LED電源的部件造成衝擊,從而影響LED驅動的使用壽命脈。

4、絕緣和安裝的影響:產品的正確安裝和良好的絕緣會增強LED電源的套用力。

5、電解電容的影響:電解電容器的封口部位會漏出氣化的電解液,這種現象會隨著溫度的升高而加速,一般認為溫度每上升10℃,泄漏速度會提高至2倍。

因此可以說電解電容器決定了電源裝置的壽命。

如果選用105度,壽命為10000小時的高溫電解電容,根據通行的電解電容壽命估算公式“每降低10度,壽命增加一倍”,那么它為95度環境下工作壽命為20000小時,在85度環境下工作壽命為40000小時。

LED驅動電源的正常工作壽命要取決於電源所使用的電解電容的壽命,電解電容的壽命又取決於電容本身的壽命及工作溫度。

電容溫度65℃時的壽命只能保證約8萬小時;電容溫度75℃時的壽命只能保證約4萬小時;電容溫度85℃時的壽命只能保證約2萬小時;電容溫度95℃時的壽命只能保證約1萬小時;從以上的推算:電解電容溫度每上升10℃,壽命將會減半。

6、開關次數的影響:多數電源設有電容器輸入型的整流迴路,在通入電源時,會產生浪涌電流,導致開關接點疲勞,引發接觸電阻增大及吸附等問題。理論上認為,在電源期望壽命期間,開關的通斷次數約有10000次。

7、衝擊電流保護電阻、熱敏功率電阻的影響:為抵搞電源通入時產生的衝擊電流,通常電源的設計將電阻與SCR等元件並聯起來使用。

電源通入時的電力峰值高達額定數值的數十倍至數百倍,結果導致電阻熱疲勞,引起斷路。處在相同情況下的熱敏功率電阻器也會產生熱疲勞現象。

隔離與非隔離

在一般的LED照明市場上,存在非隔離設計和隔離型驅動電源之分。

非隔離設計僅限於雙絕緣產品,例如燈泡的替代產品,其中LED和整個產品都集成並密封在非導電塑膠中,因此,最終用戶並沒有任何觸電的危險。

二級產品都是隔離型的,價格相對比較昂貴,但在用戶可以接觸到LED和輸出接線的地方(通常在LED照明和路燈照明套用的情況下),這種產品必不可少。

帶隔離變壓器或者電氣隔離的LED驅動電源意味著LED可以直接用手接觸而不會觸電。

而無隔離變壓器的LED驅動電源雖仍可以藉助防護外殼實現部分機械絕緣,但此時的LED在工作時並不能直接接觸。

絕緣型燈泡在今後將成為主流

物理設計決定著驅動器是隔離式還是非隔離式。

安全規則通常要求使用兩個獨立的隔離層。

設計師可以選擇兩種物理隔離層,即塑膠散光罩和玻璃護罩,並使用非隔離式電源。如果物理隔離成本太高、存在機械困難或者吸收太多光,就必須在電源中解決電氣隔離問題。

隔離式電源通常要比同等功率水平的非隔離式電源大一些。照明燈設計師必須在他們所設計的每款產品中進行大量的成本及設計最佳化工作。

由於適用於不同的套用,是採用隔離的絕緣變壓器還是採用隔離的防護燈罩外殼,設計者在不同的角度考慮永遠會有不同的見解。

通常,他們會從多方面去分析,例如成本與製造工藝、效率和體積、絕緣可靠性和安全規範的要求,等等。帶變壓器的驅動成本較高,但也相應讓LED燈具變得更加實用,能夠滿足終端用戶偶然接觸LED的需要。當白熾燈玻璃外殼很容易被損壞時,一個E27型號的普通燈泡可被替換成為LED燈。

此外,在工業區或者是辦公設備套用中的燈具並不需要接觸到終端用戶,如路燈和商場照明,這時的LED燈也確實需要隔離變壓器。

作為一個讓最終用戶能安全使用的產品,一定會考慮絕緣與隔離的可靠性。

作為完整的產品,產品表面使用者能接觸到的部分一定要經過隔離,不能讓人觸電。而從產品整個系統而言,隔離是不可避免的,區別只是設定隔離的位置不同。

有些設計者採用隔離的變壓器設計,因此他們可以簡化散熱和燈罩的設計。如果用非隔離的驅動設計,在燈殼等結構上就必須考慮可靠的絕緣要求。因此作為電源驅動,隔離與非隔離的方案一直都同時存在。

中國LED驅動電源製造商們可能面對的主要挑戰是找到低成本的AC/DC驅動器,從而滿足在低成本電源系統中實現更嚴格的功率因子和效率表現。

未來,在空間受限且存在散熱困難的系統(比如LED燈具)中使用高質量、高可靠性的電源,將不再免費。然而,在最終用戶使用過許多某款壽命在10,000小時左右的燈泡之前,要想證明其質量高是相當困難的事情。

基於變壓器的隔離型LED驅動電源將是主流

隔離和非隔離LED驅動電源方案各有優缺點。

業內人士認為,ClassII將是主流,因為它簡化了LED散熱問題。ClassI或II系統依賴接地系統,在大多數情況下,跟安裝地點很有關係。

ClassII較常見,它要求雙級或加強型隔離,也即需要變壓器磁性繞組、絕緣帶和物理隔絕。ClassI系統要求一個接地外殼和(或)機械障礙,而這時ClassII系統不需要的。

有好幾個趨勢正在推動LED照明市場的發展。首先是高亮度LED效率的不斷改善和非常高效率的高可靠性恆流LED驅動電源的不斷湧現,其次是全球立法禁止白熾燈照明(由於其低效率)和CFL節能燈的逐步淡出(如果打破的話,它會流出對環境有害的水銀)。

這些因素綜合起來正使得LED照明成為一個長期的發展趨勢。

當然,低系統成本(包括LED、熱管理系統和LED驅動器)永遠是消費者廣泛採用LED通用照明的推動力。

事實上,在很多LED照明產品中,失效是一個常見現象,大多數是因為電源的失效,而不是LED的失效。在設計層面上,必須變成系統熱設計的專家。

LED提供高效率,但它們也比白熾燈或節能燈產生更多的傳導熱量。

由於許多LED照明套用封閉在一個很小的空間裡,很難用通風的辦法來散熱。

如果沒有仔細的熱設計,LED和電源驅動電路很容易因為高溫而退化或永久失效。

電路介紹

直通電路

半橋和全橋是開關電源常用的拓撲結構,“直通”對其有很大的威脅,直通是同一橋臂兩隻電晶體在同一時間內同時導通的現象。

在換流期,開關電源易受干擾而造成直通,過大的直通電流會損壞用於逆變的電力電子器件。一旦出現直通現象,須儘快檢測到並立即關斷驅動,以避免開關器件的PN結積累過大的熱量而燒壞。

過流電路

當出現負載短路、過載或者控制電路失效等意外情況時,會引起流過開關管的電流過大,使管子功耗增大、發熱,若沒有過流保護裝置,大功率開關管就可能損壞; 調節電路失效還可能導致LED過流損壞。

過流保護一般通過取樣電阻或霍爾感測器等來檢測、比較,從而實現保護,但它們都有體積大和成本高的缺點。

過沖電路

穩流型開關電源在開機和關機時容易造成電流過沖,LED之類的負載對ms級的電流過沖都是不允許的,瞬間大電流的衝擊有可能損壞LED器件。

過壓電路

穩流型電源若負載發生斷路,電流檢測電阻兩端的電壓下降到零,一旦給定值不為零,調節器會使得輸出電壓急劇飆升至最大值,這對負載連線接觸不良時是很危險的。

對LED、半導體製冷等負載來說,過壓發生時,首要任務是保護負載,其次是保護開關功率管。

為解決以上問題,有兩種保護方法同時使用,一是放置雙向TVS來實現對瞬間衝擊電壓的防護。

辨別

1、驅動晶片:IC

驅動電源的核心就是IC,IC的好壞直接影響整個電源。

大廠的驅動IC,都是尋找大型的封裝廠來封裝的;而小廠的驅動IC技術是直接抄大廠的驅動設計方案找小型的封裝廠來封裝,無法正常保障整批IC的一致性和穩定性,從而導致驅動電源在使用一段時間後莫名其妙的失效。

所以LED電源上的IC,拒絕打磨,以便燈具廠家了解IC方案和核算驅動的成本,做到合理的價格採購電源產品。

2、變壓器

控制晶片可視為電源的大腦中樞,而決定功率、耐溫等是變壓器。

變壓器負責完成“交流電-磁能-直流電”,能量超載就會飽和炸機。

組成變壓器的核心是磁芯和線包。

磁芯品質是變壓器的核心,但是如同瓷器一般,極難辨別。

簡易的外觀辨別為:外觀脆、密、亮,同時背面打磨氣孔者為上品。

線包是由銅線繞組而成,使用銅線的品質是影響變壓器的壽命的關鍵。

同樣長度的銅包鋁線材是純銅線的1/4價格,由於成本壓力導致的,往往變壓器生產廠家就會參雜著銅包鋁的線包的變壓器在裡面。

從而導致變壓器溫度升高的時候燒毀失效,導致電源和整燈失效。所以很多的燈具,特別的內置電源的燈具,往往會出貨6個月左右出現炸機現象。

而怎么辨別這個銅線是純銅線還是銅包鋁呢?使用打火機點燃一下,快速燒斷即為銅包鋁。

也還可以測量線圈阻值來辨識。

3、電解電容和貼片陶瓷電容

其實輸出電容的壽命對電源的壽命影響很大。

輸出端有高達每秒6萬次的開關頻率,導致電容的寄生電阻發熱加大,產生類似水垢的物質,最後電解液升溫、爆漿。

推薦輸出電解電容:採用LED專用電解,一般型號以L開頭。

陶瓷電容:材質分為X7R,X5R和Y5V,而Y5V的實際容值僅能達到實際的1/10,標稱容值僅指工作在0伏時。所以這個微小的貼片電阻,選項不良也會導致成本的價格差和極大縮短電源的壽命。

4、電源產品的電路設計和焊接工藝

設計優劣的判別:拋開專業的角度,可以通過一些直觀的辦法來分辨,如元件布局整齊、大方、有序、焊點亮淨挺拔。

焊接工藝:手工焊接與波峰焊工藝,眾所周知,機械化生產的波峰焊工藝品質肯定是好於手工焊接。辨別辦法:背面是否有紅膠。(錫膏工藝+焊接治具也可實現波峰焊,但是治具成本高)。

貼片的焊點檢測儀器:AOI。

該設備可以檢測出貼片過程中的虛焊、假焊、漏焊現象。

燈具在使用一段時間出現閃燈現象,基本上都是由於電源或者燈珠虛焊導致的。

而這個產品的虛焊檢測,是極難通過老化檢測的出來的,所以就必須依靠AOI來檢測電源的貼片品質了。

5、電源產品的批量檢測老化架和高溫老化房

物料和生產工藝控制的再好的電源產品,還是需要檢測老化的。

因為電子元器件和變壓器的來料檢測是很難管控的。

只有通過整個批次的電源的老化和高溫房的高溫抽檢,來檢測這個批次電源的品質穩定性和物料是否有安全隱患。

大批量高溫抽檢的作用:電源的失效是在千分之1至百分之1之間,只有數千隻的高溫老化才會發現這類失效。

高溫房可模擬電源工作的惡劣環境,在加嚴條件下的抽檢,可發現批量性問題,如設計不合理、原材料不良、推演燈具內的失效、高壓開關衝擊等。

常溫長時間老化:篩選出虛焊、漏焊、碰撞等隨機失效,濾除元件的早期失效,有效降低成品失效率(百分之一降至千分之一)。

產業發展介紹

面臨的問題

LED照明燈具有巨大節能作用,將會取代傳統光源,從而引發人類照明史上的第四次革命,極大地改善人類的生存環境,緩解全球日益嚴峻的能源危機,在LED大放異彩的同時,LED驅動電源則是LED產業鏈發展的保障,LED電源的品質直接制約了LED產品套用的可靠性,因此,在LED產業鏈逐步完善,LED驅動電源的發展和成熟也至關重要。

由於LED是特性敏感的半導體器件,又具有負溫度特性,因而在套用過程中需要對其進行穩定工作狀態和保護,從而產生了驅動的概念。LED器件對驅動電源的要求近乎於苛刻,LED不像普通的白熾燈泡,可以直接連線220V的交流市電。LED是2~3伏的低電壓驅動,必須要設計複雜的變換電路,不同用途的LED燈,要配備不同的電源適配器。國際市場上國外客戶對LED驅動電源的效率轉換、有效功率、恆流精度、電源壽命、電磁兼容的要求都非常高,設計一款好的電源必須要綜合考慮這些因數,因為電源在整個燈具中的作用就好比像人的心臟一樣重要。2009年,雖然金融危機對世界經濟的影響很大,但是歐美等國際市場對大功率LED電源的需求量還是很大,相應的高端LED產品的出口量受金融危機影響較小。2008年中國LED套用產品產值已超過450億元RMB,LED示範套用路燈、LED全彩顯示屏顯示器件、太陽能LED、景觀照明、消費類電子背光、信號、指示等套用仍然是主要套用領域。但是在市場一片繁榮的背景下,LED產品質量良莠不齊,對驅動電源的要求混亂,市場上LED產品如火如荼的發展態勢下,就LED驅動電源企業而言,面臨幾個挑戰。首先是驅動電路整體壽命,尤其是關鍵器件如電容在高溫下的壽命直接影響到電源的壽命。其次是LED驅動器應挑戰更高的轉換效率,尤其是在驅動大功率LED時更是如此,因為所有未作為光輸出的功率都作為熱量耗散,電源轉換效率的過低,影響了LED節能效果的發揮。第三,以大調光比高效率地對LED調光,同時能夠保證在高和低亮度時顏色特性恆定。同時要降低成本,在功率較小(1~5W)的套用場合,恆流驅動電源成本所占的比重已經接近1/3,已經接近了光源的成本,一定程度上影響了市場推廣。

發展的趨勢

中國LED產業起步於20世紀70年代。

經過30多年的發展,中國LED產業已初步形成了包括LED外延片的生產、LED晶片的製備、LED晶片的封裝,LED電源以及LED產品套用在內的較為完整的產業鏈。

在“國家半導體照明工程”的推動下,形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊七個國家半導體照明工程產業化基地。

長三角、珠三角、閩三角以及北方地區則成為中國LED產業發展的聚集地。

中國半導體照明產業發展向好,外延晶片企業的發展尤其迅速、封裝企業規模繼續保持較快增長、照明套用取得較大進展。

2007年中國LED套用產品產值已超過300億元,已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀照明等套用產品世界最大的生產和出口國,新興的半導體照明產業正在形成。

國內在照明領域已經形成一定特色,其中戶外照明發展最快,已有上百家LED路燈企業並建設了幾十條示範道路,但國內在大尺寸LCD背光和汽車前照燈方面仍顯落後。

2008年北京奧運會對LED照明的集中展示讓人們對LED有了全新的認識,有力推動了中國半導體照明產業的發展。

當前中國半導體產業產業大而不強,核心競爭力仍有待於進一步提升。

對國內企業而言,壯大規模、提高產品質量與技術水平是首要任務,或逐步通過研發突破核心專利。

LED由於環保、壽命長、光電效率高等眾多優點,近年來在各行業套用得以快速發展,LED的驅動電源成了關注熱點,理論上,LED的使用壽命在10萬小時以上,但在實際套用過程中,由於驅動電源的設計及驅動方式選擇不當,使LED極易損壞。

當前很多廠家生產的LED燈類產品(比如護欄、燈杯、投射燈),採用阻、容降壓,然後加上一個穩壓二極體穩壓,向LED供電,這樣驅動LED的方式存在極大缺陷,首先是效率低,在降壓電阻上消耗大量電能,甚至有可能超過LED所消耗的電能,且無法提供大電流驅動,因為電流越大,消耗在降壓電阻上的電能就越大,所以很多產品的LED不敢採用並聯方式,均採用串聯方式降低電流。其次是穩定電壓的能力極差,無法保證通過LED電流不超過其正常工作要求,設計產品時都會採用降低LED兩端電壓來供電驅動,這樣是以降低LED亮度為代價的。採用阻、容降壓方式驅動LED,LED的亮度不能穩定,當供電電源電壓低時,LED的亮度變暗,供電電源電壓高時,LED的亮度變亮些。

未來的方式是,先恆壓,再線性恆流整合方式。電壓保證在一定範圍內適應負載需要,按LED有不同的Vf值3~3.6V之間,可按LED實際數量乘於3V計算出最低值,再按3.6V電壓乘於數量計算出最大可能電壓值,最終確定電源部分需要調整的電壓範圍。再線性恆流源後端恆流,可以多路恆流源並聯使用,也可以單路多個恆流源增加電流使用。前端電壓源部分採樣檢測恆流源壓差,調整合適負載需求電壓,從而達到高效、靈活的驅動線路需求。恆流源需要低壓差線性恆流器件,線性恆流源有著很好的電流誤差,也會有很好的灰度表現。在小電流時可以有1~3V的壓差,在大電流方面必須要200~300mV低壓差,才會有較高的效率,那樣線性恆流源需要另外供電。其實每種驅動方式均有優、缺點,根據LED產品的要求、套用場合,合理選用LED驅動方式,精確設計驅動電源成為關鍵。

類術語

ACPI

是由Intel、Microsoft等聯合推出的一種電源管理規範,它將電源管理集成到硬體、作業系統和應用程式中,實現了由作業系統對電源的全面管理。

具備ACPI功能的電腦在不使用時處於功耗極低的掛起狀態,modem等接收到信號時可自動開機,並可以實現軟體關機,適應了日益增長的網路套用要求。

電源效率

電源效率和電源設計線路有密切的關係,高效率的電源可以提高電能的使用效率,在一定程度上可以降低電源的自身功耗和發熱量。

擊穿電壓(Uaw,Ua)

擊穿前能連續加在保護器指定端的最高瞬間時電壓值.過壓保護在下列情況下被擊穿: a)如果流過電阻元件的電流峰值超過1mA; b)如果過壓引起流過保護器的電流峰值超過1mA.

安全認證

CCEE安全認證標誌又稱長城標誌,為電工產品專用認證標誌。(CCEE)是國家技術監督局授權,代表中國參加國際電工委員會電工產品安全認證組織(IECEE)的合法機構,代表國家組織對電工產品實施安全認證(長城標誌認證)。

安全認證

中國國家監督檢驗檢疫總局和國家認證認可監督管理委員會於2001年12月3日一起對外發布了《強制性產品認證管理規定》,對列入目錄的19類132種產品實行“統一目錄、統一標準與評定程式、統一標誌和統一收費”的強制性認證管理。

將原來的 “CCIB ”認證和“CCEE認證”統一為“中國強制認證”(英文名稱為China Compulsory Certification ) ,其英文縮寫為“CCC”,故又簡稱“3C”認證。

連線埠吞吐量

連線埠吞吐量是指連線埠包轉發能力,通常使用pps:包每秒來衡量,它是路由器在某連線埠上的包轉發能力。通常採用兩個相同速率接口測試。

但是測試接口可能與接口位置及關係相關。例如同一插卡上連線埠間測試的吞吐量可能與不同插卡上連線埠間吞吐量值不同。

擊穿時間

主要反映保護元件的特性.保護等級愈高,擊穿時間愈長.擊穿時間可在一定範圍內變化,依賴於du/dt或di/dt的斜率.

短路保護

當被保護線路趨於短路,而產生大於5倍額定電流時,保護器切斷該線路。

開機延時

這是一種新的概念,電源在接通之初到提供穩定的輸出必然需要一定的時間的穩定周期,在這個周期中電壓的穩定度很難保證,所以電源設計者讓電源延時100ms-500ms,等電源穩定後再向電腦提供高質量的電源。

Double Buffering

Double Buffering(雙重緩衝區處理),絕大多數可支持OpenGl的3D加速卡都會提供兩組圖形畫面信息。這兩組圖形畫面信息通常被看著“前台快取”和“後台快取”。

顯示卡用“前台快取”存放正在顯示的這格畫面,而同時下一格畫面已經在“後台快取”待命。然後顯示卡會將兩個快取互換,“後台快取”的畫面會顯示出來,且同時再於“前台快取”中畫好下一格待命,如此形成一種互補的工作方式不斷地進行,以很快的速度對畫面的改變做出反應。

斷電保護功能

所謂斷電保護功能,即切換設備在正常工作時可存儲最後的通道切換命令,當因突發情況發生斷電後,設備仍將保存此命令,待接電後設備自動恢復為原有的切換狀態。

浪涌保護器

浪涌保護器主要由壓敏電阻(變阻,限壓二極體) 和放電隙(放電通道)組成,用來保護其他電子設備和系統,以及提供等電位連線。

EMI

EMI(Electron-Magnetic Interference)-電磁干擾,任何產生電磁場的電子設備都會或多或少地產生噪聲場,干擾其附近的電子設備,這種現象就叫做電磁干擾。

斷路器

根據IEC標準,電涌保護器必須帶有斷開裝置(斷路器),當電涌保護器因任何形式的事故而導致壽命終止時,該斷開裝置能安全地斷開電路。

臨界頻率(Fg)

在此頻率下,在特定的測試條件下,插入損耗為1dB

IEEE

是美國制定電氣標準的專業性組織,全稱是Institute of Electricaland Electromics Engineers,它制定的IEEE802標準對區域網路的發展做出了巨大貢獻。

額定電流

能由過壓保護器傳導的額定工作電流。

漏電保護

當被保護線路的相線直接或通過非預期負載對大地接通,而產生近似正弦波形並且其有效值是緩慢變化的剩餘電流,當該電流大於一定數值時,保護器切斷該線路。

安規認證

優質的電源具有FCC、美國UR和中國長城等認證標誌,這些認證是認證機構根據行業內技術規範對電源制定的專業標準,包括生產流程、電磁干擾、安全保護等,凡是符合一定的指標的產品在申報認證後才能在包裝和產品表面使用認證標記,應該說具有一定的可信度。

邏輯器件測試速度

邏輯器件測試速度是指測試儀每秒可向被測器件輸入端施加多少個測試向量(Test Vector),即TV/S,這是衡量測試儀性能的重要指標,速度越快越好,表明測試儀的檔次越高,HN2000/MX最高可達610KTV/S(國外測試儀Pinpoint達10MTV/S,QT200達500KTV/S。)。

該指標應準確、穩定,不隨微機的檔次而變。該指標的主要作用是解決同一型號但不同類型邏輯器件採用同一測試速度有時不能測試成功的問題。

保護電平

保護電平是指當給電涌保護器加一個幅值為額定放電電流的電衝擊後,在保護器出口出現的最大電壓。這個電壓將直接加在被保護的設備上。

因此,為了達到有效的保護,電涌保護器的保護電平應低於被保護設備能承受的最大電壓。

脈衝電流寬度

依據標準DIN VDE 0675 part1的過壓保護設備的測試電流,被測設備必須能承受20次這樣的電流.

變送器

將物理測量信號或普通電信號轉換為標準電信號輸出或能夠以通訊協定方式輸出的設備。一般分為:溫度/濕度變送器,壓力變送器,差壓變送器,液位變送器,電流變送器,電量變送器,流量變送器,重量變送器等。

額定電壓(Un)

用來標定器件,可長久地加在過壓保護器兩端的電壓。

欠過壓保護

當被保護線路的電源電壓低於或高於一定數值時,保護器切斷該線路;當電源電壓恢復到正常範圍時,保護器自動接通

不同步轉換器

不同步轉換器(ASYCHRONOUS)是不能夠介於兩個電源供應器與負載之間的一種轉換器。

額定放電電流(Isn)

避雷器在特性參數測驗時, 所通過的8/20波形(參看DIN VDE 0432/10.78 part3)涌流的峰值避雷器,必須能在 Uc下, 承受20次額定放電電流,而隨後的額定各參數值變化不超過10或20(視避雷器型號而定).

群集技術

就像冗餘部件可以使你免於硬體故障一樣,群集技術則可以使你免於整個系統的癱瘓以及作業系統和套用層次的故障。

一台伺服器集群包含多台擁有共享數據存儲空間的伺服器,各伺服器之間通過內部區域網路進行互相連線;當其中一台伺服器發生故障時,它所運行的應用程式將與之相連的伺服器自動接管;在大多數情況下,集群中所有的計算機都擁有一個共同的名稱,集群系統內任意一台伺服器都可被所有的網路用戶所使用。

一般而言,群集和高可用性結合的伺服器可將運行提升至99.99。群集技術不僅僅能夠提供更長的運行時間,它在儘可能地減少與既定停機有關的停機時間方面同樣有著重要意義。

例如,如果使用群集,你可以在關閉一台伺服器的同時,不用與用戶斷開即可進行套用,硬體,作業系統的流動升級。集群系統通過功能整合和故障過渡技術實現系統的高可用性和高可靠性,集群技術還能夠提供相對低廉的總體擁有成本和強大靈活的系統擴充能力。

殘餘電壓(Ur)

當流過放電電流時保護器指定端的峰值電壓.

風扇軸承

市場上的風扇,其軸承一共有三類:含油軸承、單滾珠軸承(也就是含油加滾珠)、雙滾珠軸承。

滾珠軸承的優點在於它的使用壽命長,同時自身發熱量小,噪音小,比較穩定。而含油軸承在長時間使用以後,其中的油脂揮發,軸承磨損,後期噪音會很大,壽命也短。

分辨是含油軸承還是滾珠軸承,最簡易的辦法就是用手撥動扇葉,用同樣的力量,滾珠軸承的轉動要更容易一些,轉動的時間也長,而且在停下來的時候會稍稍往反方向轉一下;而含油軸承的則明顯不一樣。

失真

失真分為波形失真,電壓失真、電流失真…等,不論是何種失真,皆以百分比來計算,其失真的大小與諧波、電壓、電流以及功率因子有關係。

電磁傳導干擾

從電磁安全的角度上講,電腦要符合電磁干擾標準。

電磁對電網的干擾會對電子設備有不良影響,也會對人體健康帶來危害。國際標準化組織和世界上絕大多數國家對電磁干擾和射頻干擾制定了若干標準,標準要求電子設備的生產廠商對其產品的輻射和傳導干擾降低到可接受程度,最著名的是“FCCB”,它是美國對住宅環境所制定的電磁干擾標準。

伺服器電源

伺服器電源有兩種,一種是冗餘伺服器電源,一種是大功率電源。

冗餘伺服器電源由兩個PC電源組合而成,兩個電源之間通過一些特殊的電路進行連線,在一個電源工作時,另一個電源處於備用狀態,當工作的電源突然出現故障時,另一個備用電源能在很短的時間內接替故障電源進行工作,以防止伺服器出現“宕機”現象。

冗餘伺服器電源一般用在銀行、電信等不可“宕機”的部門,普通消費者往往並不適合採用。

輸出阻抗

阻抗是電路或設備對交流電流的阻力,輸出阻抗是在出口處測得的阻抗。

與模擬輸出串聯表示的等價阻抗。阻抗越小,驅動更大負載的能力就越高。

電擊保護

當被保護線路的相線直接或通過非預期負載對大地接通,而產生非正弦波形並且其有效值是瞬時變化的剩餘電流,當該電流大於一定數值時,保護器切斷該線路。

高電流脈衝(Ish)

依據標準DIN VDE 0675 part1的過壓保護設備的4/10波形的測試電流, 被測設備必須能承受2次這樣的電流.

輸入電壓範圍

即UPS允許市電電壓的變化範圍,因為當地的電壓波動情況直接影響UPS的運行,特別是有些地區電網比較惡劣,白天和晚上的電壓相差很大。

如果UPS 要24小時工作,在如此大的變化範圍里,UPS能否工作至關重要。如不能工作,只有轉電池,這樣一則電池並沒有用於真正的斷電,二則頻繁轉電池會影響電池的壽命。

如果該UPS的轉電池裝置為繼電器,則對繼電器的損壞特別嚴重,大大增加了UPS的故障率。

電壓保護等級(Up)

標準雷電脈衝擊穿電壓的峰值,在額定放電電流Isn下, 受保護端的殘餘電壓,對於電源系統避雷器而言, 根據過壓分類(1,2,3,4),保護水平決定其安裝位置;對於信息系統保護器而言, 保護水平必須與欲保護系統和設備的兼容性相匹配.

工作電壓

工作電壓指的也就是CPU正常工作所需的電壓。隨著CPU的製造工藝與主頻的提高,CPU的工作電壓有逐步下降的趨勢。低電壓能解決耗電過大和發熱過高的問題,這對於筆記本電腦尤其重要。

輸入阻抗

阻抗是電路或設備對交流電流的阻力,輸入阻抗是在入口處測得的阻抗,一個輸入放在一個驅動它的信號源的負載數量。

高輸入阻抗能夠減小電路連線時信號的變化,因而也是最理想的。在給定電壓下最小的阻抗就是最小輸入阻抗。作為輸入電流的替代或補充,它確定輸入功率要求。

電壓等級(Uc)

能加在指定端不引起特性的變化和擊活保護元件的最大電壓。

功率因子

這個數值通常介於0與1之間,而且其數值絕對不能大於1,它是W(實功率)與VA(虛功率)值之間的比數,而比數的高與低,比數越高則電器本身的效能越好,反之比數越低,則表示電器本身所消耗的能源越大,也就越耗電。

瞬間反應能力

當輸入電壓在瞬間發生較大的變化(在允許範圍之內),輸出的穩定電壓值恢復正常所用的時間,也是電源對異常情況的反應能力。

電源風扇

電源風扇是電源的一個重要組成部份,負責將電源內的熱空氣抽出。打開電源內部可以看到有兩塊較大的散熱片,散熱片上的大功率管的性能和極限參數直接影響到電源的安全承載功率和產品成本。

此外,電源的後部兩個插座分別用來連線外界電源和為顯示器提供插座,一般雄性插座為電源插座。在兩個插座間有個電壓設定開關用於切換110V與220V兩種電壓制式,在國內普遍採用220V電壓制式,如果錯誤的設定在110V檔上會對電源造成傷害。

過流保護

當被保護線路負載增大,而產生大於1.4倍額定電流時,保護器延時後切斷該線路。

系統認證

作為專業用戶的整體解決方案,工作站需要進行整機系統認證,確保系統可以處理由雙CPU,多個高速轉動的磁碟及圖卡產生的熱量,確保電源可滿足開機和高速轉動的磁碟及圖形卡的穩定電壓的要求,保證產品在最苛刻的環境下也能夠穩定運行。

電源功率

電源功率越小,機器所產生的熱量就小,這樣機器連續投影時間就長。

為了使用安全,投影機里一般裝有過熱保護裝置。

過壓保護

ATX電源較傳統AT電源多了3.3V電壓組,有的主機板沒有穩壓組件直接用3.3V為主機板部分設備供電,即便是具有穩壓裝置的線路,對輸入電壓也有上限,一旦電壓升高對被供電設備可能會造成嚴重不可逆的物理損傷。所以電源的過壓保護十分重要,防患於未然。

噪音和濾波

這項指標需要通過專業儀器才能直觀量化判斷,主要是220V交流電經過開關電源的濾波和穩壓變換成各種低電壓的直流電,噪音標誌輸出直流電的平滑程度,濾波品質的高低直接關係到輸出直流電中交流分量的高低,也被稱為波紋係數,這個係數越小越好。

同時濾波電容的容量和品質也關係到電流有較大變動時電壓的穩定程度。

電源管理

指如何將電源有效分配給系統的不同組件。電源管理對於依賴電池電源的移動式設備至關重要。通過降低組件閒置時的能耗,優秀的電源管理系統能夠將電池壽命延長兩倍或三倍。

阻抗

阻抗(Impedance):注意與電阻含義的區別,在直流電(DC)的世界中,物體對電流阻礙的作用叫做電阻,但是在交流電(AC)的領域中則除了電阻會阻礙電流以外,電容及電感也會阻礙電流的流動,這種作用就稱之為電抗,而我們日常所說的阻抗是電阻與電抗在向量上的和。

電源消耗管理

IEEE802.11還定義了MAC層的信令方式,通過電源管理軟體的控制,使得移動用戶能具有最長的電池壽命。電源管理會在無數據傳輸時使網路處於休眠(低電源或斷電)狀態,這樣就可能會丟失數據包。

為解決這一問題,IEEE802.11規定了AP應具有緩衝區去儲存信息,處於休眠的移動用戶會定期醒來恢復該信息。

回波損耗

在高頻場合,反映行波在保護設備的過渡點處被反射的比例。

在這一參數下可直接衡量, 保護器件與系統的涌波阻抗的匹配程度。

對於數據傳輸系統,為防止位錯誤,系統的回波損耗必須大於20dB。

作用

不刺眼睛,省電且節能環保,光線柔和護眼。

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