LED灯管驱动的设计原理及趋势分析

  近几年，LED作为新型节能光源，高歌猛进，一路由户外向室内照明应用场所发展。今年刚开年，不少企业高调推出LED室内照明产品，杀向LED室内照明市场。LED日光灯管成为室内应用照明产品的核心成员，从而推动

  目前的严峻市场形势，对于LED企业而言，是几多欢笑几多愁。面对这场弥漫着生死硝烟的战场，对于一些企业而言是结束，而对于另一些企业而言，战争却是刚刚开始。

  据行业内市场分析师预计在今明两年我国LED驱动电源的市场规模将扩大数十亿，且在技术上将迎来某些特定的程度的突破，特别是在大功率LED驱动电源领域，因为受到LED路灯的强劲需求驱动，很可能呈现出不错增长势态。

  LED照明的业内人士都清楚，LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电源转换器，它在整个照明产品的设计中看似不起眼，但却又无比关键。统计表明，2012年国内LED驱动电源市场规模为101亿元，同比往年增长37%。而受到LED照明市场巨大前景的利好刺激，慢慢的变多的企业慢慢的开始进入LED驱动电源领域，未来市场规模有望逐步扩大。事实上，LED电源行业经历企业间的相互竞争和洗牌后，也正需要这么一个趋于稳定增长的环境来进行一些内部提升和资源优化。

  LED灯管价格混乱，源于各厂家在光源模组、驱动方案选择上的不同，产品间的物料成本差异大。

  以替换传统灯管为主“从整体上看，LED灯管的主要市场还是在替换市场方面，因为这块市场在短期内释放量大，目前的LED灯管都是以替换传统日光灯管为主。”深汕电器副总经理林上耀针对目前的LED灯管市场作出了点评。

  LED灯管在进行产品规格尺寸定型的时候，主要是以参考传统日光灯管的规格尺寸、产品功率和照度来确定。

  “LED灯管的尺寸、长度、堵头规格和传统日光灯管保持一致。LED灯管规格对应的功率则以‘LED灯管功率=传统日光灯管功率x50%’的定律来计算确定。”据金其彬介绍，以T8管为例，LEDT8-0.6M-9W是对应传统T8-0.6M-18W，而LEDT8-1.2M-18W则对应传统T8-1.2M-36W。LEDT5灯管也是用类似的方法来和传统灯管对应。

  LED日光灯管产品技术上的含金量低，众多小企业大量涌入，市场公模配件也十分普遍，很多产品的零配件通用，小企业来来加工生产以此来减少相关成本，也会让产品同质化现象越来越严重，价格战更激烈。企业在价格战中利润日益摊薄，很少企业能够拿出资金来进行长久研发，行业间产品互相抄袭。企业的发展主要依赖于控制生产所带来的成本和增加销售额，显然采用这种思维模式去做LED室内产品，也必将会把这一个市场和产业越做越乱。

  LED半导体的特性决定其受环境影响较大，譬如温度上升，LED的电流会增加；电压的增加，LED的电流也会增加。长期超过额定电流工作，会快速缩短LED的常规使用的寿命。而LED恒流就是在温度和电压等外因变化时，确保其工作电流不变。

  一些客户先设计灯板，再找电源，发现很难有合适的电源，要么电流太大，电压太小(如I>

  350mA，V180V)，造成的结果是发热严重，效率低，或者输入电压范围不够。其实，选择一个最优良的串并接方式，加在每个LED上的电压电流是一样的，而电源的效果却能发挥最好的性能。最好的方式是先和电源厂商沟通，量身定做。

  一般LED的额定工作电流20毫安培，有的工厂一开始就用到尽，设计20毫安培，实际上此电流下工作发热很严重，经多次对比试验，设计成17～19毫安培是比较理想的，推荐设计为18毫安培。

  一般LED的推荐工作电压是3.0-3.5V，经测试，大部分工作在3.125V，所以按3.125V计算式是合理的的。M个灯珠串联的总电压=3.125*M5、LED灯板的串并联与宽电压要多宽呢？

  要使LED日光灯工作在输入电压范围比较宽的范围(全电压)AC85～265V，则灯板的LED串并联方式很重要。由于目前的电源一般为非隔离的降压式电源，在要求宽电压时，输出电压别超过72V，输入电压范围是可以到达85～265V的。也就是说，串联数不超过23串。并联数不要太多，否则工作电流太大，发热严重，推荐为6并/8并/12并。总电流不超过240毫安培为好。还有一种宽电压方案，就是先用L6561/7527把电压抬高到400V，然后再降压，相当于两个开关电源，成本贵一倍，此方案性价比不高，没有市场。

  目前市场上的电源PFC有三种情况：一种是不带PFC专用电路的，其PFC一般在0.65左右；一种是带被动式PFC电路的，灯板匹备得好，PFC一般在0.92左右；还用一种是用有源主动式7527/6561电路做的，PFC能够达到0.99，但这个方案的成本比第二种方案贵一倍。所以第二种方案的较多。对于被动式PFC电路：也叫做填谷式PFC电路，其工作电压范围是交流输入电压峰值的一半。如输入是180V，其峰值是180*1.414=254V，峰值电压的一半是127V，再减去降压式的压差30V，其最大输出是90V，所以LED灯珠串联数最多28串。因此，要想得到比较大的功率因素，灯珠的串联数不能太多，否则，就达不到低电压的要求。

  市场上有的电源的恒流精度太差，象市面上流行的PT4107/HV9910/BP2808/SMD802方案等恒流的方案，误差达到±8%或±10%，恒流误差太大。一般要求在±3%就可以了。按3%的误差，6路并联，每路的误差约±0.5%，如果是12路并联，每路的误差约±0.25%，该精度足够了。精度太高，成本会大幅度提升。而且对LED来讲，17毫安培和17.5毫安培影响不大。

  一般隔离电源如做成15W，放在LED灯管内，其变压器体积很大，很难放进去。尤其对T6/T8灯管，几乎不可能的，所以隔离的一般只能做到15W，超过15W的很少，并且价格很贵。所以，隔离的性价比不高，一般是非隔离的占主流较多，体积能做到更小，最小能做到高8毫米，实际上，非隔离的安全措施做好了，是不有一定的问题的。9、LED日光灯电源效率

  输出功率(输出LED的电压*输出电流/输入功率)。这个参数特别的重要，如果效率低就从另一方面代表着输入功率有很大一部分转化为热量散发出来；如果是装在灯管内就会产生一个很高的温度，再加上我们LED的一个光效比所散发热量，就会叠加产生更高的温度.而我们的电源内部所有电子零件的寿命都会随温度的上升而缩短.所以说效率是决定电源寿命最根本的因子，效率不能太低，否则消耗在电源上的热量太大。一般在80%以上就可以了，不过，效率与灯板的匹配接法有关。

  高度是限制的重要的因素，通常用于T6管/T8的尺寸要求高度不能太高≤9毫米。T10管的高度≤15毫米。长度可以偏长，更易于散热。

  从目前市场了解来看，LED日光灯管式结构应用会较好发展。从家居照明来看，合适的照明强度还要10W以上节能灯具产品。荧光灯大多在7～15W功率，节能型日光灯在20～40W功率。如果用LED集中设计10W以上的功率，散热会令我们很头痛，也是影响成本的重要因数，显然像灯泡结构式的产品很不适合LED应用。像射灯这样产品不大可能规模量产民用。日光灯管式结构符合LED散热要求，也符合现有灯具接口方式。

  厂商从成本考量，大多设计功率在20W以内的LED灯管，从一直增长的LED亮度来说20W符合未来LED照明光源发展要求，待LM值达到150LM/W时，才是LED照明大呼节能辉煌时代！未来的方式是，先恒压，再线性恒流整合方式。电压保证在一些范围内适应负载需要，按LED有不同的Vf值3～3.6V之间，那按LED实际数量乘于3V计算出最低值，再按3.6V电压乘于数量计算出最大可能电压值，最终确定电源部分需要调整的电压范围。再线性恒流源后端恒流，可以多路恒流源并联使用，也可以单路多个恒流源增加电流使用。前端电压源部分采样检测恒流源压差，调整合适负载需求电压，进而达到高效、灵活的驱动线路需求。具体表现为以下四点：

  1、针对LED的特点开发一系列恒压恒流控制电子电路，利用集成电路技术将每颗LED的输入电流控制在最佳电流值，使得LED能获得稳定的电流，并产生最高的输出光通量。LED驱动电路在输入电压和环境和温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。

  2、LED驱动电路具有智能控制功能，使LED的负载电流能够在各种各样的因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种各样的因素而产生一些变化时，初级控制IC能够最终靠控