《LED电源驱动与控制培训教材》照明学会灯具设计技术培训
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•LED灯具基础知识•LED驱动电源与电路设计•散热设计与热管理策略目录•光学设计与配光技术•可靠性测试与评估方法•行业标准与法规要求解读LED发光原理及特点发光原理特点LED灯具分类与应用领域分类应用领域LED灯具广泛应用于家庭、办公室、商场、酒店、展览馆等场所,以及城市道路、桥梁、广场、公园等公共设施。
光源参数与性能指标光源参数LED灯具的光源参数主要包括光通量、光效、色温、显色指数等。
光通量表示灯具发出的总光量,单位是流明(Lm);光效表示灯具发出的光通量与消耗的电功率之比,单位是流明每瓦(Lm/W);色温表示光的颜色,单位是开尔文(K);显色指数表示灯具对物体颜色的还原程度,以Ra表示,最高为100。
性能指标LED灯具的性能指标主要包括寿命、启动时间、调光性能、散热性能等。
寿命表示灯具的平均使用寿命,一般可达数万小时;启动时间表示灯具从开启到达到正常工作状态所需的时间;调光性能表示灯具的亮度可调节范围;散热性能表示灯具的散热效果,直接影响灯具的寿命和光效。
驱动电源类型及工作原理线性驱动电源通过线性调节器调整输出电压或电流,简单稳定但效率相对较低。
开关型驱动电源利用开关管的高速通断控制输出,效率高、体积小,但需考虑电磁干扰问题。
恒压驱动与恒流驱动恒压驱动适用于电压型LED,恒流驱动适用于电流型LED,确保LED稳定工作。
电路设计要点与注意事项选择合适的驱动电源类型考虑电路保护优化散热设计电磁兼容性设计通过测量输入功率和输出功率,计算电源效率,评估电源的能耗表现。
电源效率评估稳定性评估瞬态响应与负载调整率纹波与噪声在长时间工作、不同环境温度等条件下测试LED 灯具的性能稳定性。
测试电源在负载变化时的瞬态响应和负载调整率,评估电源的稳定性。
测量输出纹波和噪声,评估电源对LED 灯具性能的影响。
电源效率及稳定性评估散热结构类型及优缺点分析强制散热自然散热通过风扇等强制对流手段进行散热,散热效果较好,但会增加噪音和能耗,适用于中大功率热管散热建立热模型优化散热结构预测热性能030201热仿真技术在散热设计中的应用选用高热导率材料增加散热面积优化散热路径控制环境温度提高散热性能的方法与措施光的反射和折射光在两种不同介质的交界面处会发生反射和折射现象,反射角和折射角与入射角之间满足一定的关系。
LED照明基础知识培训资料目录一、LED照明概述 (2)1.1 LED的定义与特点 (2)1.2 LED照明的发展历程 (3)1.3 LED照明的应用领域 (4)二、LED照明原理 (6)2.1 LED的基本工作原理 (7)2.2 LED的光源结构 (8)2.3 LED的发光效率与性能参数 (9)三、LED照明器件 (10)3.1 LED灯珠的种类与规格 (11)3.2 LED驱动器的作用与选择 (13)3.3 LED照明的散热与防水设计 (15)四、LED照明系统 (16)4.1 LED照明系统的组成与功能 (17)4.2 LED照明系统的控制方式 (19)4.3 LED照明系统的调光与调色技术 (20)五、LED照明设计与案例分析 (21)5.1 LED照明设计的步骤与方法 (23)5.2 LED照明案例分析 (24)5.3 LED照明设计的实际应用案例 (25)六、LED照明标准与认证 (27)6.1 LED照明相关的国际标准与国内标准 (28)6.2 LED照明产品的认证体系 (29)6.3 LED照明行业的政策法规 (31)七、LED照明发展趋势与挑战 (32)7.1 LED照明的未来发展趋势 (33)7.2 LED照明面临的挑战与机遇 (34)7.3 LED照明产业的可持续发展路径 (35)一、LED照明概述随着科技的不断发展,人们对于照明设备的需求也在不断提高。
传统的照明设备如白炽灯、荧光灯等在节能、环保、寿命等方面存在诸多不足。
而LED(Light Emitting Diode)照明作为一种新型的照明技术,因其具有高效、长寿命、无污染等优点,逐渐成为照明市场的主流产品。
本培训资料将对LED照明基础知识进行详细介绍,帮助大家了解LED照明的基本原理、性能特点、应用领域以及市场前景等方面的内容。
1.1 LED的定义与特点LED(Light Emitting Diode),即发光二极管,是一种能将电能转化为光能的半导体器件。
LED电源驱动与控制中国照明学会LED灯具设计技术高级培训班2008/7/15-17颜重光Alec Yan高工Staff EngineerGreen Lighting•LED高节能:节能能源无污染即为环保。
直流驱动,超低功耗(单管0.03瓦-1 瓦)电光功率转换接近100%,相同照明效果比传统光源节能80%以上。
•LED长寿命:LED光源被称为长寿灯。
固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点,使用寿命可达5万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上。
•LED利环保:LED是一种绿色光源,环保效益更佳。
光谱中没有紫外线和红外线,热量低和无频闪,无辐射,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。
大功率LED寿命优势CIE(Commission Internationale de l’Eclairage)国际照明委员会色度图LED光源几乎完全涵盖了位于CIE色度曲线内部的飽和颜色,LED与荧光组合可以产生各种需要的颜色。
大功率照明用LED大功率照明用LED其封装从成品来看是单颗芯片的,其实是用N颗LED管芯封装在一个单位里的。
它们的排列组合是串并联,它们是N个串联,再N个并联,然后由二点联接电源。
LED驱动ICLED驱动器的选用理念•照明用LED的V F电压都很低,一般V F=2.75-3.8V,I F在15-1400mA;因此LED驱动IC的输出电压是V F XN或V F X1, I F恒流在15-1400mA。
•随着大功率LED普遍在灯光装饰和照明中的普遍使用,功率型LED驱动显得越来越重要。
用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、PFC(功率因素校正)和恒流问题,还需有比较高的的转换效率,有较小的体积,能长时间工作,易散热、较低的成本,抗电磁干扰,和过温、过流、短路、开路保护等。
•在LED照明领域,要体现出节能和长寿命的特点,选择LED驱动器至关重要,没有好的驱动器IC的匹配,LED照明的优势无法体现。
•大功率LED是低电压、大电流的驱动器件,其发光的强度由流过LED 的电流决定,电流过强会引起LED的衰减,电流过弱会影响LED的发光强度,因此,LED的驱动需要提供恒流电源,以保证大功率LED使用的安全性,同时达到理想的发光强度。
PT4115特点和应用DC-DC降压恒流式LED驱动器特点:•输入范围从8V到30V,击穿电压>45V•输出电流高达1.2A,内置大功率MOFET•效率高达97%•超低的关断电流•±5%输出电流精度•LED开路保护•模拟/PWM调光功能选择,高达5000:1的PWM调光比•内部含有抖频特性,有效地改善了EMI应用:MR16射灯、LED装饰照明、汽车的辅助照明灯频率抖动改善EMI原理•开关电源采用脉宽调制(PWM)控制方式,开关频率不断提高,其高频开关波形含有大量谐波成分,通过传输线和空间电磁场向外传播,造成传导和辐射干扰。
频率抖动技术(Frequency Jitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决EMI问题的新方法。
频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变,而是周期性地由窄带变为宽带的方式来降低EMI,来减小电磁干扰的方法。
•频率抖动技术通过扩展电源噪声频谱的方式降低了窄带EMI。
对于可以抖动多少的振荡器频率(f S),存在一些局限性。
其中一些局限因素是开关损耗和磁路设计。
为了将升压电感尽可能的保持较小,并将开关损耗保持在可控范围内,频率抖动应不超过基本频率的20% 至30%。
=2us端内部是一个Rup端的电压由分压决定,利用模拟调光的原理以及温LED电流的负反馈实现动态温度控制。
也可以由二极管来实现,或者二极管串热敏电阻等方法。
中国LED网过温保护RS VIN0.13ΩL47uHD CIN4.7uF VIN CSN SWDIMPT4115GNDNTC如图所示可以实现过温保护,当灯杯或LED温度高于一定值时 关断LED电流,当温度降低后,重新开启PT4115中国LED网占空比和工作频率随LED颗数与输入 电压关系PT4115中国LED网外部元器件选择RS 精度大于1% 100uF (工作电压>30V) CIN 100uF (工作电压>30V) RS=0.1/ILED,比如要输出350mA, 则RS=0.1/0.35=0.2857 OHM 输出电流小于400mA 输出电流大于400mA直流电压输入,输入电容可以小一点 SS14 D SS24 输出电流小于800mA 输出电流大于800mA正向压降尽可能低的肖特基二极管,可以提高效率 33-47uH (饱和电流>1.8A) L 47-68uH (饱和电流>1.2A) 68-100uH (饱和电流>0.6A) DCR越小,效率越高 正向压降尽可能低的肖特基二极管。
电流能力一定要满足应用, 原则上大于1.5*Iout*Vout/(0.8*Vin)。
输出电流在800mA到1200mA 输出电流在400mA到800mA 输出电流小于400mA整流二极管PT4115中国LED网PT4115芯片应用特点• • • • 电感越大,工作频率越低,恒流效果越好; 输出电流越大,需要电感值越小,电感选择方便; 输出电压越高,效率越高,3颗1W串联比1颗3W效率高; 系统损耗由RS损耗(0.1*Iout)、电感DCR损耗 (DCR*Iout2)、功率开关导通损耗(Rsw*Iout2)、功率开关开 关损耗(正比于开关频率)等主要部分组成; 通常电感越大,功率开关开关损耗越小,但是DCR会变大,对应 电感损耗变大; 反馈电压100mV,RS损耗业界最小,功率开关导通电阻Rsw为 0.6欧姆,也比较小,效率比一般产品高; 内部含有过温保护功能,外部可以设计过温保护,对LED有双重 保护; 采用SOT89-5封装,热阻仅为45℃/ W,散热特性很好。
• • • •中国LED网PT4115应用注意事项• PCB铜箔与PT4115的Exposed PAD和 GND 的接触面积面积要尽可能大,以利散热。
• AC12V整流管和续流二极管D一定要选用低 压降的肖特基二极管,以降低自身功耗。
• 电感的饱和电流必须大于输出电流1.5倍。
中国LED网PT4115与主要竞争对手比较PT4115 vs. ZXLD1360/1362驱动1颗3W的灯中国LED网PT4115与主要竞争对手比较VINDC8-30V RS 0.27Ω LED 1WD(SS14)D(SS14) D(SS14) CIN 100uF VIN CSN SWL 47uHDC 12-24VDIM D(SS14) D(SS14)PT4115GNDPT4115 vs. ZXLD1360/1362驱动3颗1W的灯中国LED网PT4115与主要竞争对手比较PT4115相比于Zetex1350/60的三大优势• PT4115:DIM调光由高向低调光安全可靠。
Zetex1350/60: 模拟调光在1.25V以上,LED电流超过额定值,引起烧灯• PT4115:内部设置了过温保护功能(TSD),以保证系统稳定可靠的工作。
当IC 芯片温度超出160℃,IC 即会进入TSD 保护状态并停止电流输出,而当温度低于140 时,IC即 会重新恢复至工作状态。
Zetex1350/60: 芯片内部没有过温保护功能,必须外部另外设计,增加成本和空间• PT4115:真正的宽频TruePWM调光比模拟调光的优势在于不改变LED的色度。
调光频率最高可超过20kHz。
Zetex1350/60: PWM调光只能低频有效,高频PWM调光会有色度漂移(白光变黄)中国LED网效率对比测试PT4115中国LED网市场竞争状况产品型号 Zetex1350 Zetex1360 普诚 CPTC6903 矽恩SN3350 士兰SB42511 PT4105 PT4115 最终用户价 ¥3.00~¥4.00 ¥6.00 ~¥8.00 ¥2.50~¥3.00 ¥1.80 ~¥2.20 ¥1.80~¥2.20 ¥1.50 ¥2.60~¥3.00 性能 比较好 比较好 一般 ? 一般 尚可 好 优势 品牌效应 品牌效应 上市早 刚上市 上市几月 价格低 相比于Zetex1350 有三大优势状态 量产 量产 量产 还在送样阶 段 量产 已停产 08/7 量产PT4115中国LED网LED射灯• AC/DC分为220V交流输入和12V交流输入。
12V交流电是 酒店中广泛应用的卤素灯的电源,现有的LED可以在保留 现有交流12V的条件下进行设计。
针对替代卤素灯的设 计,PT4115的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流 高达1.2A,恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。
• 取代卤素灯之后,LED灯一般做成1W或3W。
LED灯与卤 素灯相比有两大优势:(1)光源比较集中,1W照明所获得 的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度,因此比较省电;(2) LED灯的寿命比卤素灯长。
• LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄,成本相对较高。
但 从长远来看,由于LED灯的寿命较长,所以还是具有非常 大的成本优势。
• 3颗1W串联比1颗3W的工作效率高。
中国LED网MR16 LED 驱动应用方案LED RS D1 D21W×3AC or DC 12~24VCIND5LSWVIN DIMCSNPT4115GNDD3D4PWMPT4115PT4115MR16 20080616.PCB中国LED网向MR16生产厂家提供可用于生产DEMO中国LED网DEMO PCB版图PT4115:中国LED网Company LogoPT4115 MR16 推荐使用的器件参数RS CIN 精度大于1% 100uF (工作电压>50V) 100uF (工作电压>50V) D SS14 MBRS14(整流二极管) L RS=0.1/ILED,比如要输出350mA,则 RS=0.1/0.35=0.2857 Ohm 输出电流小于400mA 1210 电解电容 105oC 输出电流大于400mA 1210 电解电容 105oC 输出电流小于400mA推荐使用SS14 ,大 于400mA推荐SS24 导通压降0.30V,有利于提高系统效率33-47uH (饱和电流>1.8A) 输出电流在800mA到1200mA 47-68uH (饱和电流>1.2A) 输出电流在400mA到800mA 68-100uH (饱和电流>0.6A) 输出电流小于400mA中国LED网Company Logo三种可直接用于产品的驱动模块3*1w PM301蓝色模块PM301:用于驱动3颗1W的 LED,工作电压范围12~24V,恒流值 350mA 。