如何解決LED驅(qū)動(dòng)電源的易損壞問題？
為解決LED驅(qū)動(dòng)電源故障率高、維護(hù)難等問題，通過對(duì)LED發(fā)光原理及電源需求分析，結(jié)合目前實(shí)際應(yīng)用情況，我們嘗試在LED道路照明中采用低壓直流供電模式。通過直流供電不僅降低LED驅(qū)動(dòng)電源故障率，還可降低道路照明的安全風(fēng)險(xiǎn)，并為未來電動(dòng)汽車充電提供便利。
隨著發(fā)光二極管（LED）技術(shù)的不斷發(fā)展，LED照明從室內(nèi)逐步向室外拓展。LED在道路照明領(lǐng)域推廣緩慢其原因是道路照明功率大、運(yùn)行環(huán)境惡劣等。大功率LED路燈經(jīng)過一段時(shí)間的跟蹤檢測(cè)，部分LED燈具陸續(xù)出現(xiàn)故障。通過對(duì)故障的分析，我們發(fā)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)電源損壞所占比例高達(dá)90%。雖然LED路燈理論使用壽命長達(dá)5萬小時(shí)（13.7年），但其驅(qū)動(dòng)電路的壽命較短，約為1.2萬小時(shí)（3年）。驅(qū)動(dòng)電源成為制約LED路燈使用壽命的短板。同時(shí)由于LED驅(qū)動(dòng)電源需與LED顆粒相匹配，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各供應(yīng)商生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)電源輸出接口不統(tǒng)一，質(zhì)量良莠不齊，給LED路燈維修帶來不便，且更換驅(qū)動(dòng)電源的費(fèi)用較高。
LED驅(qū)動(dòng)電源被納入國家3C強(qiáng)制認(rèn)證范疇。電源問題已成為影響到LED燈具的推廣應(yīng)用的重要因素。只有解決LED電源問題，才能打開LED燈具在道路照明中的應(yīng)用。
一、LED顆粒對(duì)電源的要求
為解決LED電源問題，我們需要了解LED顆粒的基本工作原理及其對(duì)電源的供電需求。
目前道路照明中使用的LED燈具為整體發(fā)光結(jié)構(gòu)，包含LED光源及電源兩部分。LED光源是由一定數(shù)量的大功率LED顆粒混聯(lián)（先串后并）成一個(gè)整體發(fā)光芯片。單個(gè)LED其實(shí)就是一個(gè)二極管，當(dāng)在二極管兩端施加一定的正向電壓激發(fā)P-N結(jié)傳導(dǎo)電流，LED就能發(fā)出光。單顆LED的標(biāo)稱電壓為3.4V±0.2V（實(shí)際工作電壓約2.8～3.8V）。工作電流與功率和亮度相關(guān)，不同功率的LED，電流不同。通常來講，功率越大電流越高則發(fā)出的光越多。道路照明中使用的大功率1W LED顆粒的標(biāo)稱電流為350mA。
通過對(duì)實(shí)際應(yīng)用的LED燈具的結(jié)構(gòu)分析，我們可以清楚看到LED燈具是由一定數(shù)量的LED顆粒串聯(lián)后得到一個(gè)工作電壓為40.8V±2.4V的LED串，再將這些LED串進(jìn)行并聯(lián)得到一個(gè)工作電流為3.5A的LED燈具。計(jì)算損耗，該燈具對(duì)電源的需求為48V/3.5A。
二、LED驅(qū)動(dòng)電源
現(xiàn)有的路燈供電線路為220V交流電，必須進(jìn)行降壓、整流、穩(wěn)流三個(gè)步驟方可為LED燈具提供穩(wěn)定的低壓直流電源。先將220V交流電降壓成48V低壓的交流電，然后將低壓的交流電經(jīng)橋式整流變換成低壓的直流電，最后再通過高效率的開關(guān)穩(wěn)壓器變換成恒流源，為LED顆粒提供恒定的電流。
為降低芯片故障率，多數(shù)廠家選擇少串多并的組合方式，現(xiàn)有LED燈具電壓需求多為48V，每個(gè)LED燈具對(duì)電源的電壓和電流要求可能略有不同，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)整燈的電壓和電流選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源。
三、電源故障分析
由于LED顆粒與電源共同分布在燈具狹小的空間內(nèi)，為達(dá)到防潮防水要求，必須將電源進(jìn)行密封，但也帶來散熱困難的問題。在夏季LED光源的溫度可以達(dá)到70多度。LED電源在這種高溫環(huán)境下工作，壽命大幅下降。同時(shí)由于整體密封，損壞的零件無法現(xiàn)場(chǎng)更換，只能整體替換，不僅維修困難而且費(fèi)用高。這也是使用單位對(duì)LED路燈應(yīng)用熱情不高的原因之一。
四、直流供電模式
既然分散在各個(gè)路燈燈具內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電源散熱問題無法解決，為何不能將分散的驅(qū)動(dòng)電源從燈具轉(zhuǎn)移到地面，集中到地面的變壓器或開關(guān)箱內(nèi)統(tǒng)一處理。集中在地面的直流變壓器不僅轉(zhuǎn)換效率高，而且溫度可控，同時(shí)也便于維修。LED路燈一旦實(shí)現(xiàn)低壓直流供電模式也會(huì)給路燈用電安全提供保障，更可為未來電動(dòng)汽車充電提供條件。
五、技術(shù)途徑
對(duì)現(xiàn)有LED路燈可最大限度利用現(xiàn)有設(shè)備。在原有的變壓器末端（或開關(guān)箱處）增加變壓、整流設(shè)備，通過變壓、整流、濾波輸出48V低壓直流電，通過原有電纜（例4×25mm? 1×16mm?）向LED路燈供電。
對(duì)于新、改建LED路燈可以進(jìn)一步優(yōu)化配電控制線路的設(shè)計(jì)。利用大功率整流器對(duì)220V／380V交流電集中整流得到標(biāo)準(zhǔn)的直流電源，為LED路燈直接提供低壓直流電。因此，傳統(tǒng)的LED路燈的驅(qū)動(dòng)電源可以去掉，可由路燈配電控制直接提供直流電源，LED路燈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更加簡化，可靠性也相應(yīng)增加。
六、直流供電的優(yōu)勢(shì)
1.解決目前LED路燈燈具驅(qū)動(dòng)電源使用壽命較短問題；
2.提高LED燈具整燈光效效率（目前國內(nèi)及歐美國家均將含有光源和電源，把整燈光效作為LED燈具的節(jié)能檢測(cè)指標(biāo)），同時(shí)集中降壓整流，降低系統(tǒng)能耗；
3.降低路燈設(shè)施運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)（在我國50V以下交流電為安全電壓，直流電壓在實(shí)際使用中安全性高于交流電）；
4. LED路燈的驅(qū)動(dòng)電源去掉，大大減少了故障點(diǎn)，不僅維修方便而且造價(jià)大幅降低；
5.道路兩側(cè)的路燈直流電源可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車、電瓶車充電提供便利。
隨著發(fā)光二極管（LED）技術(shù)的不斷發(fā)展，LED照明從室內(nèi)逐步向室外拓展。LED在道路照明領(lǐng)域推廣緩慢其原因是道路照明功率大、運(yùn)行環(huán)境惡劣等。大功率LED路燈經(jīng)過一段時(shí)間的跟蹤檢測(cè)，部分LED燈具陸續(xù)出現(xiàn)故障。通過對(duì)故障的分析，我們發(fā)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)電源損壞所占比例高達(dá)90%。雖然LED路燈理論使用壽命長達(dá)5萬小時(shí)（13.7年），但其驅(qū)動(dòng)電路的壽命較短，約為1.2萬小時(shí)（3年）。驅(qū)動(dòng)電源成為制約LED路燈使用壽命的短板。同時(shí)由于LED驅(qū)動(dòng)電源需與LED顆粒相匹配，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各供應(yīng)商生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)電源輸出接口不統(tǒng)一，質(zhì)量良莠不齊，給LED路燈維修帶來不便，且更換驅(qū)動(dòng)電源的費(fèi)用較高。
LED驅(qū)動(dòng)電源被納入國家3C強(qiáng)制認(rèn)證范疇。電源問題已成為影響到LED燈具的推廣應(yīng)用的重要因素。只有解決LED電源問題，才能打開LED燈具在道路照明中的應(yīng)用。
一、LED顆粒對(duì)電源的要求
為解決LED電源問題，我們需要了解LED顆粒的基本工作原理及其對(duì)電源的供電需求。
目前道路照明中使用的LED燈具為整體發(fā)光結(jié)構(gòu)，包含LED光源及電源兩部分。LED光源是由一定數(shù)量的大功率LED顆粒混聯(lián)（先串后并）成一個(gè)整體發(fā)光芯片。單個(gè)LED其實(shí)就是一個(gè)二極管，當(dāng)在二極管兩端施加一定的正向電壓激發(fā)P-N結(jié)傳導(dǎo)電流，LED就能發(fā)出光。單顆LED的標(biāo)稱電壓為3.4V±0.2V（實(shí)際工作電壓約2.8～3.8V）。工作電流與功率和亮度相關(guān)，不同功率的LED，電流不同。通常來講，功率越大電流越高則發(fā)出的光越多。道路照明中使用的大功率1W LED顆粒的標(biāo)稱電流為350mA。
通過對(duì)實(shí)際應(yīng)用的LED燈具的結(jié)構(gòu)分析，我們可以清楚看到LED燈具是由一定數(shù)量的LED顆粒串聯(lián)后得到一個(gè)工作電壓為40.8V±2.4V的LED串，再將這些LED串進(jìn)行并聯(lián)得到一個(gè)工作電流為3.5A的LED燈具。計(jì)算損耗，該燈具對(duì)電源的需求為48V/3.5A。
二、LED驅(qū)動(dòng)電源
現(xiàn)有的路燈供電線路為220V交流電，必須進(jìn)行降壓、整流、穩(wěn)流三個(gè)步驟方可為LED燈具提供穩(wěn)定的低壓直流電源。先將220V交流電降壓成48V低壓的交流電，然后將低壓的交流電經(jīng)橋式整流變換成低壓的直流電，最后再通過高效率的開關(guān)穩(wěn)壓器變換成恒流源，為LED顆粒提供恒定的電流。
為降低芯片故障率，多數(shù)廠家選擇少串多并的組合方式，現(xiàn)有LED燈具電壓需求多為48V，每個(gè)LED燈具對(duì)電源的電壓和電流要求可能略有不同，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)整燈的電壓和電流選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源。
三、電源故障分析
由于LED顆粒與電源共同分布在燈具狹小的空間內(nèi)，為達(dá)到防潮防水要求，必須將電源進(jìn)行密封，但也帶來散熱困難的問題。在夏季LED光源的溫度可以達(dá)到70多度。LED電源在這種高溫環(huán)境下工作，壽命大幅下降。同時(shí)由于整體密封，損壞的零件無法現(xiàn)場(chǎng)更換，只能整體替換，不僅維修困難而且費(fèi)用高。這也是使用單位對(duì)LED路燈應(yīng)用熱情不高的原因之一。
四、直流供電模式
既然分散在各個(gè)路燈燈具內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電源散熱問題無法解決，為何不能將分散的驅(qū)動(dòng)電源從燈具轉(zhuǎn)移到地面，集中到地面的變壓器或開關(guān)箱內(nèi)統(tǒng)一處理。集中在地面的直流變壓器不僅轉(zhuǎn)換效率高，而且溫度可控，同時(shí)也便于維修。LED路燈一旦實(shí)現(xiàn)低壓直流供電模式也會(huì)給路燈用電安全提供保障，更可為未來電動(dòng)汽車充電提供條件。
五、技術(shù)途徑
對(duì)現(xiàn)有LED路燈可最大限度利用現(xiàn)有設(shè)備。在原有的變壓器末端（或開關(guān)箱處）增加變壓、整流設(shè)備，通過變壓、整流、濾波輸出48V低壓直流電，通過原有電纜（例4×25mm? 1×16mm?）向LED路燈供電。
對(duì)于新、改建LED路燈可以進(jìn)一步優(yōu)化配電控制線路的設(shè)計(jì)。利用大功率整流器對(duì)220V／380V交流電集中整流得到標(biāo)準(zhǔn)的直流電源，為LED路燈直接提供低壓直流電。因此，傳統(tǒng)的LED路燈的驅(qū)動(dòng)電源可以去掉，可由路燈配電控制直接提供直流電源，LED路燈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更加簡化，可靠性也相應(yīng)增加。
六、直流供電的優(yōu)勢(shì)
1.解決目前LED路燈燈具驅(qū)動(dòng)電源使用壽命較短問題；
2.提高LED燈具整燈光效效率（目前國內(nèi)及歐美國家均將含有光源和電源，把整燈光效作為LED燈具的節(jié)能檢測(cè)指標(biāo)），同時(shí)集中降壓整流，降低系統(tǒng)能耗；
3.降低路燈設(shè)施運(yùn)行中的安全風(fēng)險(xiǎn)（在我國50V以下交流電為安全電壓，直流電壓在實(shí)際使用中安全性高于交流電）；
4. LED路燈的驅(qū)動(dòng)電源去掉，大大減少了故障點(diǎn)，不僅維修方便而且造價(jià)大幅降低；
5.道路兩側(cè)的路燈直流電源可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車、電瓶車充電提供便利。
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