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LED面板灯驱动电源大解析

来源：LED面板灯热门：直下式面板灯发布时间：2020-08-03

　　LED无边框面板灯(又叫LED平板灯)是严格意义上的第一款商用且成熟的LED灯具，它的结构和光学特性都是从LED技术出发，以全新的设计满足照明需求的好产品。

　　从诞生之初，超薄的结构、超高的光效、低光衰、长寿命成为了各厂商技术团队的研发方向。从驱动电源角度看，LED面板灯大致经历了以下几个发展时期。

　　LED面板灯，起初采用传统格栅灯灯壳，用LED灯板替换T8灯管组件，做成直下式发光。驱动电源多为内置恒流电源。

　　借鉴手机类背光方案，采用铝型材+导光板+侧发光结构的新型设计，真正意义上的LED面板灯诞生了。这个阶段的驱动电源多采用恒压式外置电源，以现有的适配器电源为主(75W以下的适配器电源PF值没有要求，一般在0.5左右)。

　　用恒压适配器电源作为LED面板灯供电之用(通过LED灯板上的贴片电阻来达到恒定电流的目的)，一来是为了采购和后续维护的便利性，二来是这个阶段还没有与之相匹配的成熟的LED恒流电源。

　　2012年以来，随着市场份额的扩大、灯珠光通量的提升，出于LED寿命和光效的考虑，LED恒流驱动电源被更广泛的使用在LED面板灯上。赋予了LED面板灯更多的产品属性和价值。

　　首先，我们明确下LED驱动电源的一些基本概念。

　　什么是PFC?

　　PFC通俗的说就是功率因数校正，通过PFC电路，实现降低用电器对公共电网的谐波污染。出于节能减排的需要，展现LED照明产品的健康友好，世界范围内的认证产品大都对LED驱动器的PF提出了明确要求。

　　什么是频闪?

　　频闪与频闪效应是针对电光源，光通量的波动深度和由此产生的危害效应(称为频闪效应)大小的两个互为因果的物理量。频闪是指电光源光通量波动的深度。光通量波动深度越大，频闪越严重。电光源光通量波动深度大小，与电光源的技术方案有直接关系。

　　如何测试频闪?

　　人眼对60Hz以上的闪烁是不敏感的,LED恒流电源输出端工频一般在100Hz及以上。用CCD感光成像(手机、摄像机)采样LED照明的测试方法并不一定准确,却是一种简单的测试方法。

　　传统测试方法是：在太阳光下，转动黑白相间的陀螺仪，图案会形成稳定的环状，色环不会随着转动速度、旋转方向而改变。在被测试光照下，转动黑白相间的陀螺仪，观察现象：如果图案的颜色或者环状结构发生变化，则说明光照存在频闪，变化越明显说明频闪越厉害。但没法对频闪深度作出准确的评判。

　　最科学测试方法是：使用光源频闪测量系统(Light Flickering Analyzer)，其核心是1台采样频率10kS/s(每秒测试1万次)的超快速光度计。扫描发光物的发光曲线(类似示波器)，并计算闪烁指数等参数，得出光的波动深度(光纹波系数)。

　　什么样的波动深度是被接受的?

　　无频闪需求，是应市场的使用需要有针对性的开发的。目前在美规中有着明确的技术要求，但大部分市场还没有统一的标准来严格要求光源的频闪深度。目前有的客户要求波动深度<8%，有的要求<5%，更有甚者要求<1% 。

　　经过多年的发展，LED面板灯也由早期的商照扩展到了宽泛的民用照明。与之相匹配的恒流驱动电源也呈现出相对应的产品特性。大致分为以下几个大类：

　　一、民用照明

　　1,无PFC的BUCK电路

　　随着LED民用照明市场的爆发式增长，LED灯具配套材料中的散热器件和光源成本都下降明显，LED驱动电源的成本压力尤为突出。出于降低综合成本和缩减尺寸的考虑，LED民用照明领域大部分都采用了非隔离内置MOS无PFC的BUCK电路。

　　BUCK电路中，桥堆后面的电解电容的取值大小直接影响输出的稳定性和纹波大小。BUCK电路无功率因数校正，故PF值大都在0.5左右，波形如下图。体积小、低成本、高效率、无频闪、纹波小是它的最大优点，最大的缺点是谐波较高。

　　PF为0.5左右时的波形

　　2,被动PFC(填谷电路)

　　什么是被动PFC?

　　被动PFC通俗来讲，就是通过搭建一种电路，来提高电源的功率因数，以满足使用的需要。用于LED照明的开关电源是一种常见的非线性负载，典型的开关电源首先会用整流二极管产生直流电压，再由直流电压产生输出电压。由于整流器为非线性元件，其输入电流会有许多的高次谐波成份，欧盟为了提升功率因数，特在认证标准中设置了谐波含量的标准(一般LED照明设备需满足THD<20%的最低要求)。

　　如何降低被动PFC电路中的谐波含量?

　　最简单降低谐波电流的方式是使用只含有被动元件的滤波器，称为被动功率因数校正或无源功率因数修正(passive PFC)。例如设计一滤波器，只让基频(50或60Hz)频率的电流通过，滤波器可降低谐波电流，因此会使非线性元件的输入电流会和线性元件比较接近。若要功率因数接近1，需要使用电容或电感。一般这类的滤波器需使用大电流的电感，其体积较大，难以满足LED驱动电源的尺寸要求。采用电容组来校正负载的非线性设计——填谷电路就成了最佳方式。

　　填谷电路采用两个大的电容和三个二极管进行功率因素校正，同时吸收交流纹波。

　　二、商业照明

　　1，LED单级PFC电路

　　优点：电路拓扑简单，有BOM成本低，高PF，高效率，THD≤15% 。

　　缺点：单级PFC因为前面没有大电解，所以输出有很高的两倍工频的纹波电流和纹波电压;输出滤波电容用得比较大;传导辐射比较难处理;因没输入端有大电容，电路多直接暴露在电网中，抗雷击能力差，需要接入抗雷击浪涌电路抑制电网波动。

　　2，LED无频闪技术之两级电路

　　隔离电源按照结构形式不同，可分为两大类：正激式和反激式。反激式电源因其结构简单，省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感，而在中小功率电源中得到广泛的应用。

　　以此为基础，采用“主动PFC+反激式转换器”的电路是实现无频闪电源的高可靠性方案。因体积和成本的问题，这类架构主要用于LED中功率(30-100W)外置电源，实现无频闪、低谐波、全电压、高PF输出。

　　主动PFC电路波形图，PF>0.9

　　回到LED面板灯来看，功率因数的高低不会影响电源的有功功耗，提高功率因数更多的是出于降低电源对公共电网的用电压力。影响灯具寿命的关键点是驱动电源的转换效率、散热结构的合理性、灯珠品质的一致性以及驱动电源的输出纹波(纹波过大会造成灯珠严重光衰)。

　　用于LED面板灯的最佳驱动方案是在认证的前提下，满足高效率、高PF、低THD、无频闪技术要求。但做到这些技术特性后，驱动电源的成本肯定是相对较高的，需要通过大批量制造，降低单品成本形成规模效应。

　　对于以PWM技术为基础的智控照明，例如 IR/FR/ Wi-Fi/ Bluetooth/ Zigbee/2.4G…,实现了LED面板灯的调光、调色温、蓝牙音箱等功能，也实现了与互联网和移动终端的互联互通，但毕竟是新兴的小众市场。