路燈總體設(shè)計(jì)2009第一屆led通用照明驅(qū)動(dòng)技術(shù)研討會(huì)

龍茂微電子公司龍茂微電子海2009/10從恒流電源和控制器看LED路燈的總體設(shè)計(jì)1

LED路燈的總體設(shè)計(jì)

LED路燈先要根據(jù)路況確定其總體指標(biāo),包括能、市電）供電方式（總瓦數(shù)重量桿高桿距等等這些指標(biāo)確定以后就要進(jìn)行結(jié)構(gòu)和供電設(shè)計(jì)其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本上是散熱設(shè)計(jì)(從略）這里想要探討從供電和控制器來(lái)看總體設(shè)計(jì)2

三種不同的供電方式

市電供電能供電風(fēng)光互補(bǔ)供電34LED的電特性

LED是一個(gè)很熱的二極管

因?yàn)檩斎隠ED的電功率70％都變成熱能所以LED很熱，必須考慮LED的溫度特性LED具有負(fù)溫度系數(shù)－2mV/°C溫度升高伏安特性左移T2

=

85°CT1

=

25°CVdI1=

20mA恒壓V=3.3VI2

=

37mAId0T3=

-40°CI3=8mAT2>T1>T356

如果采用恒壓電源就會(huì)加大光衰隨著LED溫度升高，如果電源電壓恒定，電流就會(huì)加大例如，常溫下3.3V時(shí)，電流20mA，85度時(shí)，電流35-37mA。亮度飽和并不增加。電流加大溫升更高結(jié)溫升高的結(jié)果就是光衰加大如果采用恒流電源供電，即使溫度升高，電流不變，不會(huì)造成惡性循環(huán)7兩種LED

單顆式

單顆式是指

就是按大功率設(shè)計(jì)目前常用的是1W或3W對(duì)幾十瓦和上百瓦的路燈就需要幾十顆到上百顆缺點(diǎn)是連接復(fù)雜優(yōu)點(diǎn)是發(fā)熱分散開(kāi)，易于散熱二次配光可以采用小透鏡，容易加工和安裝連接靈活，可以連接成各種串并，以和恒流源配合89

集成式

單顆功率就達(dá)到幾瓦到幾十瓦優(yōu)點(diǎn)是連接簡(jiǎn)單缺點(diǎn)是發(fā)熱集中，散熱不易必須采用熱管散熱發(fā)光效率也不如單顆式連接也不夠靈活建議路燈還是盡量采用單顆式10LED連接架構(gòu)

LED串聯(lián)個(gè)數(shù)

過(guò)10個(gè)

LED的亮度正比于正向電流為了使流過(guò)各LED的亮度一致，要求各個(gè)LED串聯(lián)一般來(lái)說(shuō)串聯(lián)個(gè)數(shù)

過(guò)10個(gè)，因?yàn)槌^(guò)10個(gè)以后，輸出電壓就會(huì)超過(guò)36V的安全電壓因?yàn)闅W盟的IEC

61347-2-13

(5/2006)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)采用直流或交流供電的LED模塊的要求包括：最大安全特低電壓(SELV)工作輸出電壓≤25

Vrms

(35.3

Vdc)不同故障條件下“恰當(dāng)”/安全的工作故障時(shí)不冒煙或易燃11

LED的串并聯(lián)

假如兩串LED并聯(lián)，即使采用恒流電源供電，有一串中一個(gè)LED開(kāi)路，所有電流都會(huì)流入另一串，使另一串電流加大一倍，很快就會(huì)壞掉，而且是所有LED都受到大電流的損壞串并聯(lián)可以減輕這個(gè)問(wèn)題但不能徹底解決，而且要求恒流源電流加大12

LED串并聯(lián)必須加保護(hù)

最簡(jiǎn)單的保護(hù)就是每個(gè)LED兩兩并聯(lián)但是如果一個(gè)開(kāi)路，和他并聯(lián)的另一個(gè)就會(huì)電流加倍，也很快燒壞，只是其他

LED不會(huì)受到電流加倍的損壞最簡(jiǎn)單的保護(hù)就是并聯(lián)穩(wěn)壓管13

各種架構(gòu)的比較

結(jié)

構(gòu)任何一個(gè)壞了（開(kāi)路）任何一個(gè)壞了（短路）單獨(dú)一串這一串開(kāi)路不亮這一個(gè)不亮兩串并聯(lián)這一串不亮，另一串所有LED電流加倍， 縮短，很快都?jí)倪@一個(gè)不亮，這一串電流略為加大兩串中兩兩并聯(lián)這一個(gè)不亮， 另一個(gè)電流加倍，很快壞掉；如為開(kāi)路，所有不亮，如為短路這一行兩個(gè)LED不亮這一個(gè)不亮，和它并聯(lián)的另一個(gè)也不亮N串 并聯(lián)這一個(gè)不亮， 其余電流加大N/（N-1）倍，N越大越安全這一個(gè)不亮，和它并聯(lián)的其它各個(gè)也都不亮每個(gè)LED并聯(lián)穩(wěn)壓管，各串并聯(lián)只是這一個(gè)不亮，對(duì)其它影響不大只是這一個(gè)不亮14

到底是幾串幾并？

對(duì)于交流供電的LED路燈，因?yàn)檩斎腚妷簺](méi)有什么限制，因而有較大的度對(duì)于能LED路燈，因?yàn)檩斎腚妷菏怯尚铍姵貨Q定的，而蓄電池的電壓是12的整數(shù)倍（12V：10.7-14.7V，24V：21.4-29.4V）在決定幾串幾并的時(shí)候必須考慮輸出電壓，不要落在輸入電壓的范圍內(nèi)。假如落在輸入電壓的范圍內(nèi)，就必須采用升降壓型恒流源，這種恒流模塊的效率比較低，價(jià)格也比較高，應(yīng)當(dāng)盡可能避免15能路燈16

蓄電池的選擇

普通汽車鉛蓄電池

太短長(zhǎng)一倍,比功應(yīng)當(dāng)采用膠體電池，其率大20％或者采用卷繞鉛蓄電池蓄電池的電壓越高越好，蓄電池電壓越高，電流越小，效率越高功率小于10W的草坪燈、庭院燈，可以用6V、12V大于10W以上，盡可能采用24V特別高功率（60W以上），建議采用36V17項(xiàng)目傳統(tǒng)電池卷繞式蓄電池結(jié)構(gòu)電解液是液態(tài)或糊稠態(tài)電極板是鋁合金，且懸掛在電解液中，是平面設(shè)計(jì)的蓄電池電解液是固態(tài)酸，點(diǎn)極板是純鉛材料，且和酸一起 并卷起來(lái)做成獨(dú)特的螺旋卷繞使用1-2年4倍以上工作溫度-10℃～40℃-55℃～75℃100%深放電再充電能力最多10次（一般嚴(yán)禁）至少40次！最快充電時(shí)間一般至少8小時(shí)滿載不到1小時(shí)即可滿載！18

卷繞式和普通鉛蓄電池的比較19

要特別注意導(dǎo)線的壓降

大多數(shù)情況蓄電池放在下面，或埋入地下功率越大、燈桿越高，引線越長(zhǎng)，電流越大，壓降也就越大壓降過(guò)大會(huì)超過(guò)恒流模塊的最低工作電壓，而無(wú)法工作甚至燒毀所以功率越大就應(yīng)該采用電壓越高的蓄電池，以減小電流當(dāng)然也應(yīng)該采用足夠粗的引線

各種應(yīng)用場(chǎng)合

能庭院燈12V能路燈24V汽車LED車燈12V,24V,48V電動(dòng)自行車LED車燈24V,36V一組公用AC/DC恒壓開(kāi)關(guān)電源供給幾組恒流源2021恒流驅(qū)動(dòng)源的類型和應(yīng)用22

按照輸入輸出電壓關(guān)系分類

升壓型恒流驅(qū)動(dòng)-電容式（電荷泵）升壓型-電感式升壓型降壓型恒流驅(qū)動(dòng)-電感式降壓型升降壓型恒流驅(qū)動(dòng)-電荷泵升降壓型-電感式升降壓型單電感式雙電感式

如何選擇升壓還是降壓型恒流源一般來(lái)說(shuō),完全由實(shí)際情況決定由

能電池板供電,通常其輸出電壓較低,（12V或24V），需要采用升壓型的恒流源如果由交流市電供電,建議采用比較高的輸出電壓(36V)以提高效率,故采用降壓型恒流源原則上來(lái)說(shuō)降壓型恒流源的效率要比升壓型的為高.不論升壓型還是降壓型其效率主要取決于升壓和/或降壓的比值,比值越高,效率越低.所以要盡可能使得輸入電壓接近于輸出電壓但輸出電壓落在輸入電壓范圍內(nèi)時(shí)就要采用升降壓型23

恒流模塊能驅(qū)動(dòng)多大功率LED

恒流模塊的驅(qū)動(dòng)能力和 的電特性有關(guān)(Imax，Rdson,…)

選定后也和外電路有關(guān)，降壓型效率比升壓型效率高電路選定以后，就和輸入輸出電壓比有關(guān)，升降壓比值越高效率越低需要耗散功率=Po（1-η）能夠耗散多大功率首先取決于 的散熱能力對(duì)同一個(gè)

來(lái)說(shuō)，取決于其封裝的外殼，QFN就要比TSSOP散熱能力高很多，（熱阻小很多）同樣的 外殼也取決于其是否有外加散熱器，外加散熱器以后，驅(qū)動(dòng)模塊的散熱能力可以提高最后取決于和外界空氣的熱交換能力，鋁殼灌封>

板>鋁殼不灌封>塑料殼灌封>塑料殼不灌封2425

驅(qū)動(dòng)功率舉例

假定要求驅(qū)動(dòng)30W，10串3并1W，或10串3W一般的恒流模塊大約只能散熱1.5W這就要求效率高達(dá)95%假定工作在升壓方式，這就要求升壓比小于1.38，也就是要求輸入電壓為24V假如輸入電壓為12V，其升壓比就高達(dá)2.75，效率只有90%。耗散功率高達(dá)3W就必須外加散熱器實(shí)際上假如是12V蓄電池供電，其最低電壓只有10V，其升壓比就高達(dá)3.3，效率只有88%，即使加散熱器也無(wú)法實(shí)現(xiàn)26恒流驅(qū)動(dòng)模塊實(shí)例

怎樣實(shí)現(xiàn)恒流驅(qū)動(dòng)

用小阻值的采樣電阻對(duì)LED的電流進(jìn)行采樣，再通過(guò)反饋形成閉路調(diào)節(jié)27

電感升壓型SLM2841(輸出5瓦)

最大輸出350mA,可以驅(qū)動(dòng)一串5個(gè)1W的LED，可用于

能庭院燈的恒流驅(qū)動(dòng)也可用于5x1W的MR16射燈28

SLM2861降壓型大功率LED驅(qū)動(dòng)器輸出電流高達(dá)1.5A,可驅(qū)動(dòng)6串4并，一共24個(gè)1WLED（總共24W）特小SOT23-5封裝和SOT-89封裝效率高達(dá)95%以上29

大功率升壓型SLM2842S

輸入電壓:6V-29V輸出功率:30W(10x3W)可用于可能路燈調(diào)光3031

SLM2842S模組的幾種輸出架構(gòu)架構(gòu)1串10個(gè)3W2串5個(gè)3W2串10個(gè)1W4串5個(gè)1W5串5個(gè)1W6串5個(gè)1W輸入電壓1224V12V1224V12V12V12V輸出電壓33V33V16.5V33V33V16.5V16.5V16.5V升壓比2.751.381.382.751.381.381.381.38輸出功率23.1W23.1W23.1W23.1W23.123.1W28.8W34.65輸出電流0.7A0.7A1.4A0.7A0.7A1.4A1.75A2.1AR10.142Ω0.142Ω0.07Ω0.142Ω0.1420.07Ω0.06Ω0.048ΩR3360KΩ360KΩ180KΩ360KΩ360K180KΩ180KΩ180KΩR412KΩ12KΩ12KΩ12KΩ12K12KΩ12KΩ12KΩ效率91%96%93%91%95%93%93%92%耗散功率2.371.101.622.341.081.622.253.06表面溫度QFN

6x672505472505465745643475643475363表面溫度TSSOP-2082576382576374877554607554607284表中紅字為帶散熱器時(shí)的表面溫度(在25度室溫時(shí)測(cè)試的結(jié)果)

升壓型恒流源SLM2842S的恒流特性O(shè)utput

Current

vs

Input

Voltage0.80.70.60.50.40.30.20.10510253015

20Input

Voltage

(V)Output

Current

(A)High

side Lowside輸入電壓從7.5V-28V范圍內(nèi)變化時(shí)輸出電流不變32 SLM2842S

模塊的散熱

Vo/Vin

Ratio

Vs

Temperature110100908070605040302011.533.52

2.5Vo/Vin

RatioTemperature

(℃)TSSOP-20TSSOP-20

HeatsinkQFN66-40QFN66-40

HeatsinkQFN的散熱性能要比TSSOP的散熱性能要好加散熱器的散熱性能要比沒(méi)有散熱器的散熱性能要好33

大功率降壓型SLM2842J的實(shí)際電路輸入電壓:36V輸出功率:可達(dá)60W(2x10x3W)最高效率:可達(dá)98%可 調(diào)光34

降壓型恒流板SLM2842J的恒流特性InputVoltage

vs

Output

Current(Buck

1*3W)0.80.70.60.50.40.30.20.10510354015

20

2530Output

Current

(A)Input

Voltage

(V)當(dāng)輸入電壓從36V降低到6V時(shí),輸出電流不變35當(dāng)輸入和輸出電壓的壓差減小,效率增高,最高可達(dá)98%36

降壓型恒流板SLM2842J的效率高達(dá)98%Efficiency

Vs

Output

Voltage(Output

Current=2A)99%98%97%96%95%94%93%92%91%010203040Output

Voltage

(V)EfficiencyVin=35V

降壓模式的特點(diǎn)

在降壓比較小，工作頻率較低時(shí),可以得到接近98%的效率SLM2842J可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)60W的LED，例如兩串并聯(lián)，每串10個(gè)3W。這時(shí)就要求輸入為恒壓36V，而輸出為33V降壓比為1.16，工作頻率為150KHz時(shí)，效率可達(dá)98%，

表面溫度在不加散熱器時(shí)可低于52度。37

升降壓型恒流模塊

輸入電壓范圍：8-25V輸出電流：<1A輸出功率：12W最高效率：88%3839

各種恒流模塊應(yīng)用舉例

12V蓄電池(10.7-14.7V)24V蓄電池（21.4-29.4）交流市電升壓型SLM2842S10串2并10串3并24V（恒壓）10串3并升壓外加MOSSLM2842Sext12串2并14串2并14串2并降壓型SLM2842J3串6并8串4并36V(恒壓)10串6并40可調(diào)光節(jié)能型控制器

智能型可調(diào)光能LED路燈的構(gòu)成SLM2842Sd能電池板可調(diào)光控制器蓄電池LED

燈具調(diào)光恒流模組龍茂微電子公司提供可程序調(diào)光的控制器和可調(diào)光恒流模塊41智能型

可調(diào)光節(jié)能效益100%時(shí)間半夜功率輸出半夜半功率(省25%)后半夜1/4功率(省31.25%)全程滿功率全智能 調(diào)光(省40%以上)后半夜可減小 能電池板面積達(dá)40%以上42

LED調(diào)光中的一些誤區(qū)

控制器輸出電流減半，并不能把LED輸出亮度減半因?yàn)長(zhǎng)ED的電源是恒流電源也就是輸出恒功率電源。如果把輸入電流減半，只能使其無(wú)法正常工作，而無(wú)法將亮度減半控制器輸出控制信號(hào)調(diào)節(jié)LED的電流

改變LED電流的確可以改變LED亮度，但同時(shí)也改變了LED的輸出光譜和色溫。改變LED電流有可能改變其輸出電壓（降低），有可能會(huì)使本來(lái)是應(yīng)當(dāng)采用升壓源的，反而變成需要降壓，從而使得原來(lái)的升壓恒流模塊無(wú)法工作。（如果原來(lái)就用降壓模塊就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。要調(diào)節(jié)LED的亮度，必須以 信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)LED的工作，這時(shí)候，LED工作于快速開(kāi)關(guān)狀態(tài)。導(dǎo)通時(shí)就是滿電流，因而不會(huì)改變其色譜。也不會(huì)使其由升壓變?yōu)榻祲骸?344交流市電供電LED路燈交流輸入直流輸出

交流電的主要優(yōu)缺點(diǎn)

在大多數(shù)情況下交流電隨處可得，路燈例外交流電源都必須整流以供直流的LED使用整流器的效率低，一般開(kāi)關(guān)電源通常只有85%的效率功率因素也是一個(gè)問(wèn)題，小功率開(kāi)關(guān)電源只有60-70%左右交流整流器中都離不開(kāi)電解電容一般電解電容 在105度時(shí)只有一千小時(shí)LED燈具中的溫度有可能高達(dá)85度，按每降10度提高一倍，也只有4000小時(shí)而LED的 高達(dá)5－10萬(wàn)小時(shí)電解電容將成為交流供電的LED路燈 的主要限制者必須采用 高達(dá)10,000小時(shí)（105度）的長(zhǎng)

電解電容，這樣在85度時(shí) 可達(dá)40,000小時(shí)45

開(kāi)關(guān)電源+直流恒流源

穩(wěn)壓型開(kāi)關(guān)電源技術(shù)成熟,價(jià)格低廉可以采用一個(gè)大功率多路輸出穩(wěn)壓源驅(qū)動(dòng)幾個(gè)直流恒流源一般開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)缺點(diǎn)是效率比較低(85%左右），高質(zhì)量的可達(dá)95％還有一個(gè)功率因素的問(wèn)題(<65W,大

0.5-0.7)加功率因素校正后可達(dá)0.99恒壓電源的電壓可以有較大靈活性，最好選36V（符合歐盟安全規(guī)定）如果LED總電壓比36V只低2V，則可以采用降壓恒流模塊，而且由于其降壓比很接近1，效率可高達(dá)98%直流恒流源放在LED燈頭內(nèi),與LED組 模塊交流開(kāi)關(guān)電源可以和燈光控制器放在一起(放在燈桿下面或上面)46茂碩WSL-Z3850IC52杭州英飛特EWV-150SO36Victor-龍茂SLM36150220V150W效率93.46%94.34%92.57%220V150W，PF0.9710.9720.988110V91.15%91.79%89.77%150W0.9930.9920.99247

幾種150W恒壓電源指標(biāo)實(shí)測(cè)比較表

240W市電LED驅(qū)動(dòng)方案240W

AC/DC,恒壓開(kāi)關(guān)電源36V220VACSLM2842J,60W降壓型恒流模塊SLM2842J,60W降壓型恒流模塊240WLED路燈驅(qū)動(dòng)方案SLM2842J,60W