探究大功率LED路灯开关电源的研究

高效大功率LED电源研发分析发布时间：2023-02-07T03:37:52.330Z 来源：《中国电业与能源》2022年9月17期作者：区伟其[导读] 在大功率LED照明系统中，由于受到LED灯具本身的体积和重量以及散热条件的限制区伟其华全电气照明有限公司 528211摘要：在大功率LED照明系统中，由于受到LED灯具本身的体积和重量以及散热条件的限制,大部分大功率LED灯具须采用高效率的高功率密度的恒流驱动电源，而对于大功率LED照明电源来说，其工作环境条件（温度、湿度、海拔）与普通电源也有较大差别。

基于此，结合自身工作经验，简单探讨高效大功率LED电源研发，以供参考。

关键词：大功率；电源研发；工作原理前言：在LED照明领域中，电源是一个至关重要的部件，因此采用高效率的电源对LED进行驱动显得尤为重要，同时受灯具体积和重量限制，又要求电源的功率密度须做得更高，照明系统对于大功率灯具所采用电源的选择要求也更严格，需要在整体性能和可靠性方面进行验证研究，从而达到设计目标。

一.工作原理目前主流的LED光源在工作时均采用恒流驱动方式，为了使输出达到大功率的目的，可以增加LED灯珠的串并数量。

为了减小损耗提高效率,电源通常采用输出高电压、小电流的方案。

电源输出电压、电流的选取需要综合考虑安规、元器件应力、成本等因素。

为了有效提高发光效率，并延长LED灯具使用寿命，在设计此类驱动电源时，应尽可能采用低功耗节能型拓扑结构：1.功率因数校正PFC+串联谐振LLC 方案，2.功率因数校正PFC+串并联谐振LCC方案。

3.功率因数校正PFC+BUCK方案。

它们的特点分别如下：对于大功率的LED电源，功率因数校正PFC电路，可以采用连续导电模式CCM或交错导电模式，特点是PFC电感的峰值电流小，使得PFC开关管的电流应力较小，电磁干扰EMI也较小。

对于LLC电路拓扑结构，上下半桥开关管工作在软开关状态，具有损耗小、效率高的特点，此结构适用于效率要求高的隔离式LED电源。

大功率LED路灯照明驱动电源的优化设计目前LED路灯驱动电源存在着输出功率低、转换效率差、功率因数不高、输出特性不稳定及可靠性差等问题，严重制约了LED路灯的推广使用，本文针对以上问题优化了LED路灯驱动电源电路。

采用了HV9910这款灵活简单的LED驱动器IC提供电源，PWM自动调节实现恒流输出，稳压管过压锁定实现空载保护，电磁隔离和光隔离实现隔离输出。

本设计体积小，微调反馈电路可设置作为为LED驱动常用的350mA或700mA恒流输出，简化了电路的设计，提高了驱动电源的可靠性。

1、LED驱动电路研究的意义和价值LED由于节能环保、寿命长、光电效率高、启动时间按短等众多优点，成为了照明领域关注的焦点，近年来发展迅速。

由于LED独特的电气特性使得LED驱动电路也面临更大的挑战，LED驱动电路关系到整个LED照明系统性能的可靠性。

因此为防止LED的损坏，这些都要求所设计系统能够精准控制LED输出电流。

目前采用的稳压驱动电路，存在稳流能力较差的缺点，从而导致LED寿命大为缩短。

当前，直流输入LED驱动电源已经发展了较长的一段时间，电路已比较成熟，而用于市电输入照明的LED驱动电路，很多采用交流输入电容降压及工频变压器降压，电源体积过大，输出的电流稳定性差，性能很低。

目前针对市电输入的降压驱动电路是当前LED驱动市场的难点和热点。

LED照明时一种绿色照明，其驱动电源的输出功率较小，在此情况下实现电源的高效率是另一大难点。

同时，由于LED的使用寿命理论上长达10万小时，这要求驱动电源很高的可靠性。

综上，根据市场需求，为LED提供性能优良的驱动电路，具有很大的经济价值和实用意义。

2、概述大功率LED现在还不能大规模取代传统的白炽灯，但它们在室内外装饰、特种照明方面有着越来越广泛的应用，因此掌握大功率LED恒流驱动器的设计技术，对于开拓大功率LED 的新应用至关重要。

照明是人类消耗能源的一个重要方面，据研究统计，若使用固态LED光源代替传统的白炽灯和荧光灯照明，将节约全球照明能耗的50%以上，有助于缓解当前越来越紧迫的能源和环境问题。

LED路灯恒流开关电源设计电气工程及其自动化学院：周月阁指导教师：任万滨摘要：目前LED路灯驱动电源存在着输出功率低、转换效率差、功率因数不高、输出特性不稳定及可靠性差等问题，严重制约了LED路灯的推广使用，本文针对以上问题完成了LED路灯驱动电源的设计与优化。

首先根据用户提出的技术指标，提出了采用反激式DC/DC变换器为主拓扑结构，并具有有源功率因数校正环节的恒流驱动电源总体设计方案。

在参数设计中，采用基于MC33260的临界模式升压电路实现功率因数校正，采用基于NCP1230的连续模式反激电路实现DC/DC变换。

在参数设计基础上，本文研究了驱动电源的热分布和电磁兼容性问题，并进行了优化，提高了驱动电源的可靠性。

实验测试表明，本文设计的LED路灯驱动电源完全满足用户提出的性能指标，可以稳定可靠地工作在实际应用环境中。

关键词：LED；功率因素校正；恒流驱动电源；反激式变换器Abstract：Presently, the usage of LED street lamp is restricted for the reason of low power, low efficiency, low power factor,instability of output and short lifespan. This paper designsand optimizes a LED driver to solve those problems. Ascheme for constant-current driver following the user’srequirements has been developed, which applies a singleended flyback DC/DC converter as the main topology andhas an active power factor correction circuit. This paperadopts the chip MC33260 working in the critical conductionmode as the controller of the active power factor correctioncircuit, and the chip NCP1230 working in CCM mode as thecontroller of the flyback converter. Considering thermaldistribution and the EMC condition, on the base ofparameter design this paper optimizes the driver to increaseits reliability. The experiments show that the driver can fullymeet the requirements and work reliably under the actualworking conditions.Key words：LED; power factor correction; power driven by constant current; flyback converter1引言照明是人类消耗能源的一个重要方面，据研究统计，若使用固态LED光源代替传统的白炽灯和荧光灯照明，将节约全球照明能耗的50%以上，有助于缓解当前越来越紧迫的能源和环境问题。

LED是绿色照明系统的第四代光源，具有较大的市场开发前景。

LED属于固态冷光源，自身照明效率较高，使用寿命较长。

随着LED 半导体技术的快速发展，大功率LED照明受到研究人员的高度关注。

在照明系统中，驱动电源性能对系统输出性影响较大，是LED照明电路发展的核心。

驱动电源自身具有的高效性意味着能量损耗较低，对电源使用寿命有着重要的调节作用。

此外，调光功能对LED光源具有较大影响，它不仅让各类LED灯具达到优质照明效果，还能对能量损耗问题进行调控，实现节能环保效果。

TRIAC调光器是目前应用最为广泛的调光器，但由于其具有一定工作特点，驱动电源功率不能全面适应大功率电源应用指标，不能在大功率LED电路中进行应用。

所以研究稳定高效以及宽负载范围调光的大功率LED驱动光源具有重要意义。

如图1所示。

该电源输入为220V交流电，经整流电路后，经过有源功率因数对电路进行校正，而后能产生较为稳定的直流电压，这样能为LLC谐振变换器提供直流电。

LLC变换器输出信号在输出变压器作用下，经过滤波电路处理能为LED提供充电源。

方波振荡器电路主要是为产生两路相位相反的信号，从而更好地推动半桥变换器工作，整流滤波电路输出电流能为方波发生器供电。

1.有源功率因数校正电路为了使得LED驱动电源输入交流电路基本功率能够保持在均衡值，功率因数要大于0.95，电流谐波失真低于10%，相关技术人员可以通过有源功率因数对电路进行校正。

比如当前器件FAN6961是PFC（功率因数校正）的主要控制芯片，能通过稳定的导通时间对DC基本输出电压值进行校正，能对外部开关管实际导通时间进行控制，能确保AC在掉电阶段也能维持自身稳定运行。

目前采用的多向量误差放大器主要是在电压钳位以及快速响应基础上进行应用的。

如果输出反馈环路出现断路情况，内设电路将会致使控制器各项工作停止。

当实际工作电压值达到25V，在实际使用过程中适应性更强。

FAN6961主要应用特点是电流低输入、固定的PWM导通时间、零电流检测、环路开路保唐林四川职业技术学院四川遂宁629000摘要：LED光源属于第四代绿色照明，自身具有使用效率较高、工作寿命较长、绿色环保性突出等优点，目前在社会生活多个领域得到广泛应用。

大功率照明LED开关电源研究的开题报告开题报告：大功率照明LED开关电源研究一、选题背景随着科技的发展和人们生活水平的提高，照明领域对能源的需求越来越高。

LED（Light Emitting Diode）照明作为一种新型环保照明技术，已经逐渐被广泛应用。

而大功率照明LED产品具有功率高、亮度大、颜色温度可调、寿命长等特点，但相应的能量消耗也更高，对于开关电源的稳定性和高效性要求也更高。

因此，研究大功率照明LED开关电源已经成为了当前电力电子领域的重点研究方向。

二、研究目的本研究的目的是针对大功率照明LED开关电源的研究，设计和开发适用于大功率照明LED的开关电源。

主要研究内容包括照明LED的驱动技术、开关电源的拓扑结构、控制与保护电路等方面。

通过理论分析和实验验证，为大功率照明LED的应用提供可靠高效的开关电源解决方案。

三、研究内容1. 大功率照明LED驱动技术的理论研究对大功率照明LED的驱动原理和成像特性进行探究，着重研究其电气、光学特性等方面对驱动电流和电压的要求。

深入分析了影响LED照明效果的因素和优化方法，从而确定最合适的驱动技术。

2. 大功率照明LED开关电源的拓扑分析针对大功率照明LED的特性，探究各种开关电源拓扑结构，包括单端道、双端道等结构的原理及其优缺点，为实际电路设计提供依据。

3. 开关电源控制与保护电路设计研究开关电源的控制策略和保护电路，在满足照明LED的稳定工作状态的同时，充分保证电路的安全性和稳定性。

主要内容包括反馈控制策略的设计、保护电路的设计等。

四、研究方法本研究将以电力电子基础理论和实验为基础，采用仿真和实际电路实验相结合的方法进行研究。

具体方法如下：1. 综合理论探究：通过文献调研和电力电子基础理论，对大功率照明LED开关电源的驱动技术、拓扑结构、控制与保护电路进行综合理论分析与探究。

2. 电路模拟仿真：利用Matlab、Pspice等软件，搭建大功率照明LED开关电源仿真模型，并对开关电源的工作特性进行仿真分析。

大功率LED路灯（电源、配光、散热）综合技术研发及产业化可行性研究报告二零一二年五月一、立项的背景和意义LED照明作为新兴的节能、环保、低碳照明光源已被人们高度重视，在国家的节能减排、低碳经济和“十城万盏”试点工程的号召下，国内外已逐步开始启用LED照明，特别是道路隧道照明，全世界每个城市都是通宵点亮着，占照明耗电30%多，据统计美国有1500万只路灯，中国有2800万只路灯需要更换，加上其他国家，如果全面开始更换市场非常广阔。

在国内LED路灯、隧道灯需求量将随着国家提倡发展合同能源管理（EMC）方式的实施，需求量会成倍的增加，2015年内将进入销售高潮。

由于LED照明产业被人们认定为21世纪的第一产业，产业链的上游外延片和芯片的制造科技含量较高，基本都在国外和台湾生产，下游的封装、应用业95%在中国，LED有这么多优点，为什么市场推广这么缓慢？主要是无科技含量的低劣产品冲击市场，使LED路灯故障率高、节能效率低，配光差、光效低，散热处理不好，光衰大、寿命短，导致LED路灯市场推广缓慢，影响行业声誉，致使市场滞后。

LED路灯虽然科技含量没有芯片的高，但涉及到三项不同专业的技术：1、恒流电源设计：恒流电源是LED的心脏，它必须要做到相近于LED光源的寿命，灯具的效率高低和使用稳定性都取决于恒流电源的设计制造。

2、路灯的配光处理：LED光源用于路灯上它原本照在路面上的光斑形是圆形的，需要通过二次配光处理，一要提高灯具的照度，二要使光斑形延道路方向拉长成长方形，才能适应道路照明。

3、散热处理与灯具外形结构：LED路灯的散热直接关系到灯具的使用寿命和LED光衰的大小，散热又要与外形结构结合，达到理想的散热效果和美观的外形，三项技术缺一不可。

本项目是针对目前LED路灯普遍存在问题实施综合解决方案，对大功率高瓦数LED路灯的三项不同专业技术进行综合攻关，用同等LED光源，通过本项目研发，节能效率提高10%-15%，与高压钠灯相比达到节能65%以上。

湖北文理学院毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）大功率LED恒流开关电源的研制学生姓名张巍专业自动化班级08 指导教师王见乐一、毕业论文（设计）的主要内容及要求：1、简单介绍为什么要设计大功率LED恒流开关电源。

2、介绍自己设计的大功率LED恒流开关电源可能的特点。

3、选择合适的恒流开关电源设计方案、设计具体功能模块。

4、设计出大功率LED恒流开关电源整体电路原理图和PCB图。

二、毕业论文（设计）应收集的资料及主要参考文献：[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000：59-67[2]黄俊，秦祖荫.电力电子自关断器件及电路[M].北京：机械工业出版社，1991:81-93[3] 陈伯时主编.电力拖动自动控制系统[M].北京: 机械工业出版社，1992:102-105[4]张立，赵永健主编.电力电子变流技术[M].上海：上海交通大学出版社，1993:21-30[5] 张兰红,陈道炼,尹春.电流控制型反激变换器分析与研究[J].电力电子技术,2001,Vol.35，No.3:11-13[6] 周志敏．开关电源的分类及应用[M]．电子工业大学出版社，2001，11：36-39[7] 沙占友．单片开关电源最新应用技术[M]．机械工业出版社，2003，02：101-103[8] 李希茜．高频变压器的设计[ J ]．现代电子技术，2001，9 ：7-8[9] 黎健荣．开关电源中的高频变压器设计[J ]．机械与电子，2007：12-13[10] 胡江毅．反激变换器的应用研究[D]．南京：南京航空航天大学，2003：10-12[11] Power Integrations TOPSwitch-HX Product Application Guide[J]．2007，05：02[12] 吕征宇，陈国柱，钱照明．开关电源中传导差模EMI的抑制方法[C]．浙江省电源学会第七届学术学位论文集，2000，10：221-225[13]Ferdinand C.Geerlings.SMPS Power Inductor Design and Transformer Design,Part2.Power conversion International. January/February.1990:201-210湖北文理学院物理与电子工程学院2012届本科毕业论文开题报告论文题目大功率LED恒流开关电源的研制班级0812自动化姓名张巍学号08118085指导教师（职称）王见乐填表日期2012年月日一、选题的意义和研究现状二、研究方案。