基于明緯開關(guān)電源LED電源解決方案

1. 如何選擇明緯LED電源供應(yīng)器?

　　a. 依客戶系統(tǒng)需求與應(yīng)用方式?jīng)Q定適合的瓦數(shù)，包含欲設(shè)計之功率安全余裕度，并考慮系統(tǒng)之驅(qū)動方式設(shè)計。利用明緯電源供應(yīng)器「直接驅(qū)動」LED燈具，選擇要點可參閱問題(2)與(3)。利用明緯電源供應(yīng)器，搭配恒定電流源之LED驅(qū)動IC，以達(dá)到更精確的定電流驅(qū)動，選擇要點可參閱問題(2)與(3)。

　　b. 確認(rèn)LED電源供應(yīng)器的工作環(huán)境，以選用合適之防水防塵(IP)等級，或是合適的機(jī)型結(jié)構(gòu)(金屬殼、塑料殼、PCB式)。

　　c. 是否需具備功率因子矯正(PFC)功能: 采用單級PFC架構(gòu)之機(jī)型僅可使用于LED負(fù)載，而采雙級PFC架構(gòu)者則可泛用于一般負(fù)載。

　　d. 若系統(tǒng)設(shè)計采電源供應(yīng)器直接驅(qū)動LED，是否需要可調(diào)整輸出電壓/電流之機(jī)型，或是具備調(diào)光功能(dimming)之機(jī)型。

　　2. LED燈具系統(tǒng)配置應(yīng)用方式有那些?其優(yōu)缺點為何?

表 LED驅(qū)動方式與電源選用

　　3. 選擇LED電源供應(yīng)器注意事項?

　　a. 燈具系統(tǒng)采直接驅(qū)動設(shè)計 

　　LED工作電壓范圍上下限串接總合都需要在LED電源供應(yīng)器輸出電壓范圍內(nèi)，例如LED規(guī)格為3.4~3.6V,使用6串的串接電壓為20.4~21.6V，此時就要選擇輸出為24V(定電流區(qū)間18~24V)的機(jī)型。 

　　具功因矯正功能機(jī)型，PF值如要求需大于0.9，負(fù)載需大于規(guī)格書PFC定義范圍，功率因子與輸出負(fù)載關(guān)系如圖(1)所示，會依機(jī)型定義不同，一般設(shè)計值為75% LOAD以上。 

　　如果使用在輸入電壓不穩(wěn)定場所，如使用發(fā)電機(jī)設(shè)備或使用在重工業(yè)區(qū)，請選擇表一中〝一般泛用型〞產(chǎn)品。

　　b. 燈具系統(tǒng)采恒流IC設(shè)計

　　驅(qū)動IC的啟動電壓設(shè)計需接近LED電源供應(yīng)器的輸出電壓。驅(qū)動IC對于電壓穩(wěn)定度要求較高，建議采用表一中〝一般泛用型〞產(chǎn)品。 

　　具功因矯正功能機(jī)型，負(fù)載需大于規(guī)格書PFC定義范圍，功率因子與輸出負(fù)載關(guān)系如圖(1)所示，會依機(jī)型定義不同，一般設(shè)計值為75% LOAD以上。 

　　使用驅(qū)動IC有可能會產(chǎn)生EMI搭配問題，燈具設(shè)計完成需再確認(rèn)EMI，如有EMI問題可參閱LED電源供應(yīng)器應(yīng)用問題(11)。

圖1 功率因子與輸出負(fù)載關(guān)系

　　4. 請問在LED照明設(shè)計上，如LED燈條設(shè)計采12顆LED為一串(VF假設(shè)為3.5V)，4串并聯(lián)，每串電流為0.7A，直接接于電源輸出端且沒有串接定電流驅(qū)動器時，要如何選擇適用的電源?

　　首先要先確認(rèn)LED電源需選擇可以工作于定電流模式之電源：

　　每串LED工作電壓 = 3.5V X 12顆 = 42V

　　LED燈具總需求電流 = 0.7A X 4串并聯(lián) = 2.8A

　　LED電源需求瓦數(shù)=42V X 2.8A = 117.6W

　　LED電源供應(yīng)器瓦數(shù)/電壓選擇應(yīng)為大于且最接近所需瓦數(shù)/電壓者先以150W/48V需求選擇LED電源供應(yīng)器，再確認(rèn)所選用電壓/瓦數(shù)的電源是否符合定電流區(qū)間與PF>0.9的定義要求。 (117.6W/150W = 78.4% > 75%),例如此題可選擇CLG-150A-48V 調(diào)整輸出電流為2.8A。

　　注: 一般同一批LED的VF電壓可能為一區(qū)間(如3.4~3.6V)，每顆LED均有差異，電源選用上需納入此差異之考慮

　　5. 同上題，如燈具設(shè)計上擬采LED燈條串接定電流驅(qū)動器之方式，要如何選擇適用的電源?

　　首先要先確認(rèn)每串LED順向電壓總和，再加上恒流驅(qū)動器的跨電壓約2V：

　　每串LED工作電壓 = 3.5V X 12顆 = 42V

　　驅(qū)動電路電壓 = 42V + 2V = 44V LED

　　電流 = 0.7A X 4串并聯(lián) = 2.8A

　　驅(qū)動電路瓦數(shù)=44V X 2.8A = 123.2W

　　LED電源供應(yīng)器瓦數(shù)/電壓選擇應(yīng)為大于且最接近所需瓦數(shù)/電壓者先以150W/48V需求選擇LED電源供應(yīng)器，再確認(rèn)驅(qū)動電路實際瓦數(shù)是否符合PF>0.9的定義要求(123.2W /150W = 82.13% >75%)，例如此題可選擇CLG-150A-48機(jī)型并調(diào)整輸出電壓為44V或可直接使用。

　　6. LED電源供應(yīng)器規(guī)格中所提到的CV、CC、CV+CC是什么?

　　Constant Voltage (定電壓輸出)。一般電源供應(yīng)器會提供一穩(wěn)定電壓(constant voltage)給負(fù)載用，不論AC輸入電壓變化(90~264VAC)或負(fù)載輕重載變化，輸出電壓均能維持于誤差值以內(nèi)(單輸出機(jī)種多為1~2%)。如以LPV-60-48驅(qū)動LED driver + LED燈條，LED電源供應(yīng)器之輸出電壓會穩(wěn)定在48V的輸出。(如圖2a)

　　Constant Current (定電流輸出)。以提供穩(wěn)定電流(constant current)為目的，LED電源的輸出電壓會由負(fù)載端的LED順向電壓(Vf)總合決定。 例如使用Vf=3.5V @ 350mA 的LED串聯(lián)12顆，順向電壓(Vf)總合3.5*12=42，若再二串并聯(lián)，If(順向電流) = 350mA*2 = 700mA。 此時若選用明緯定電流式LED電源供應(yīng)器LPC-35-700 (使用輸入電壓90~264VAC，輸出規(guī)格為48V/700mA) 直接驅(qū)動LED負(fù)載，LED電源會工作在CC模式，輸出電壓則會降到42VDC，輸出電流則穩(wěn)定在700mA，如圖(2b)所示。

　　明緯具定電流輸出功能之LED電源供應(yīng)器皆具有”C.V.+C.C.”之特性，也就是說開機(jī)時為〝定電壓(C.V.)模式〞，適合搭配LED 驅(qū)動IC 或串接限流電阻使用;而當(dāng)輸出電流超過額定值到達(dá)定電流區(qū)間后則工作于〝定電流(C.C.)模式〞，可用于直接驅(qū)動LED之設(shè)計。此種C.V.+C.C.之特性可應(yīng)用于各式LED 配置方式中，使得系統(tǒng)設(shè)計上更具彈性。

　　7. 為何有時LED燈串設(shè)計上有LED驅(qū)動IC時會造成LED電源無法順利開機(jī)?

　　(電壓被LED箝 制而無法上升至額定電壓值)，依據(jù)使用電路的不同，會有不同操作問題如下 ：

　　升壓(Boost)模式電流驅(qū)動IC

　　由于驅(qū)動IC的啟動電壓都遠(yuǎn)低于LED燈串的順向工作電壓，因此驅(qū)動IC在低電壓時即開始啟動，往往IC啟動電壓甚至遠(yuǎn)不足電源電壓的一半，此時若要達(dá)到額定功率輸出，驅(qū)動電流至少要達(dá)到電源供應(yīng)器輸出額定電流的2倍以上，故會因電源供應(yīng)器無法提供如此大的電流而無法驅(qū)動LED定電流模塊。

　　降壓(Buck)模式電流驅(qū)動IC

　　選用電源輸出電壓遠(yuǎn)高于LED燈串的順向電壓時(例如電源輸出48V，而LED燈串僅24V時且兩者之間功率相當(dāng)時)，當(dāng)電源啟動到LED開始導(dǎo)通時LED電源供應(yīng)器立即進(jìn)入定電流操作模式，由于此時LED的消耗功率設(shè)定遠(yuǎn)大于此時電源定電流的驅(qū)動能力，造成驅(qū)動線路無法正常工作，而電源電壓則被箝制在LED燈串的順向電壓下。 因此建議在LED驅(qū)動設(shè)計時將驅(qū)動IC的啟動電壓提升到接近電源輸出電壓或加入緩啟動功能(如圖3)，待電源輸出電壓建立好后再啟動驅(qū)動模塊?；蛘哌x擇電源時(使用在降壓式模塊)須選用電源輸出電壓接近LED燈串電壓，而且驅(qū)動功率須留有余裕的電源供應(yīng)器(LED消耗功率/ 0.85)。

圖3 簡易緩啟動線路示意圖

　　DIM PIN 為PWM調(diào)光控制PIN也有標(biāo)示為為EN (Enable)，DIM(or Enable)保持0V時內(nèi)部SW為關(guān)斷; DIM之電壓達(dá)到1.5V(Typ)時則Turn ON。因此設(shè)定DRIVER的啟動電壓Vstart，Vstart = (VDIM/RB) x (RA+RB)，Vstart設(shè)定以高出 LED的工作電壓5~10%為原則。

　　8. 為何使用明緯LED電源供應(yīng)器，LED有些微明暗變化或閃爍現(xiàn)象?

　　明緯針對LED電源推出一系列產(chǎn)品，有些因為成本考慮而選擇使用單級PFC線路架構(gòu)，此架構(gòu)有以下使用限制:

　　抗AC變化能力差

　　此架構(gòu)沒有使用輸入大電容，如使用在輸入電源質(zhì)量不 穩(wěn)定之地區(qū)，會導(dǎo)致輸出電壓與電流也不穩(wěn)定而造成LED有明暗變化現(xiàn)象，而若于輸入電源穩(wěn)定時則不會有此問題發(fā)生。

　　輸出電壓漣波

　　也因為輸入沒有使用大電容濾波，輸出漣波電壓會較一般雙級PFC架構(gòu)大，如圖(4)所示。有時會因漣波電壓的波谷過低，造成串聯(lián)恒流IC應(yīng)用時會因驅(qū)動電壓不足而造成LED閃爍，此時可以將電源供應(yīng)器輸出電壓調(diào)高，使輸出電壓波谷高于所需要的驅(qū)動電壓或選擇高一級電壓輸出的電源供應(yīng)器。

　　諧波電流(Harmonic current)

　　單級PFC電源供應(yīng)器應(yīng)用于定電壓(Constant voltage)條件時(泛指串聯(lián)恒流IC使用)，其中諧波電流可能會變差。建議當(dāng)應(yīng)用場合屬輸入電源不穩(wěn)定的地區(qū)或是串聯(lián)恒流IC應(yīng)用時，請選擇表(一)中”一般泛用型”之機(jī)型(非單級PFC線路架構(gòu))或請與明緯業(yè)務(wù)/工程人員聯(lián)系。

圖4 單級PFC架構(gòu)輸出電壓漣波示意圖

　　9. LED電源供應(yīng)器是否可并接使用?

　　明緯LED power supply并無并聯(lián)功能，不可做并聯(lián)使用，如有大瓦數(shù)需求，建議選擇足夠瓦數(shù)的電源供應(yīng)器或?qū)ED分割成幾個區(qū)塊各別供應(yīng)電源，LED布局上也要依圖(5)所示，將各別電源供應(yīng)器的輸出地回路分開。相反地，小瓦數(shù)的LED燈串則可并接后再由一較大額定的LED電源供應(yīng)器來驅(qū)動(如圖5所示)，但須考慮其均流性。

圖5 雙電源供應(yīng)大瓦數(shù)LED負(fù)載配置方式

　　10. LED燈具應(yīng)用于照明,其諧波電流與THD(總諧波失真)要求為何?

　　照明產(chǎn)品諧波要求還是依據(jù)EN61000-3-2，只是限制值會依據(jù)輸入功率而有所不同，輸入功率大于25W須符合Class C要求，小于25W只要符合Class D。目前EN61347并無針對總諧波失真/THD (Total Harmonic Distortion )之要求，但臺灣國家標(biāo)準(zhǔn)CNS15233則要求THD需小于33%;美國Energy Star標(biāo)準(zhǔn)針對固態(tài)照明(SSL)設(shè)備則以ANSI_C82-77-2002標(biāo)準(zhǔn)為主，一般產(chǎn)品要求THD需小于32%，部分特殊產(chǎn)品為20%，而明緯LED電源供應(yīng)器具雙極PFC機(jī)型之產(chǎn)品一般均小于20%，測試輸入輸出條件為277VAC/60Hz/80%load。

　　11. 使用貴公司LED電源產(chǎn)品，是否會有EMI問題? 如何解決?

圖6 PCB型與U型產(chǎn)品EMI測試配置

　　LED模塊具有LED driver IC：

　　上述的EMC應(yīng)用對策建議，如果面臨到客戶采用LED driver IC做為CC恒流驅(qū)動的條件下將可能使EMI的對策更形復(fù)雜，由于LED driver IC本身即為高頻切換(數(shù)百k~數(shù)Mhz)的線路結(jié)構(gòu)， 因此本身的噪聲抑制更為重要，其PCB布局的配置需重視IC接地大小及輸入輸出的電容及電感配置，一般建議如圖(7) 所示，需于LED電源供應(yīng)器輸出線到LED driver PCB間加上 common choke及高頻X電容。

圖7 含LED driver IC系統(tǒng)之EMI對策方式

　　獨立外置型(金屬/塑料外殼)：

　　EMI測試采用電源與LED負(fù)載分離測試并出具EMC報告(EN55015/EN55022)，如具有FG接地機(jī)型遇有EMI問題，建議可先試著將電源本體及LED燈體皆與FG連接，可降低整體EMI噪聲干擾，另外由于輸入及輸出線長依據(jù)客戶應(yīng)用可能長達(dá)數(shù)米，其共模噪聲將非常大，建議于靠近LED燈體端加上共模夾扣鐵心可有效降低此噪聲，AC如線長亦可采此方式對策(如圖8)。

圖8 Surge與EMI對策

　　內(nèi)置PCB/U外殼型：

　　如PLP/ULP系列，其結(jié)構(gòu)設(shè)計采用與LED模塊同一金屬結(jié)構(gòu)，因此EMI測試是如圖(6)所示，采用鐵板模擬金屬平面，但由于LED系統(tǒng)的差異，輸入輸出配線的影響還是很大，因此配線的處理亦會影響EMI的測試結(jié)果，建議絞線并于末端增加夾CORE抑制噪聲。

　　12.明緯LED電源對于雷擊突波最高可耐受多少?

　　明緯LED電源供應(yīng)器產(chǎn)品線中，雷擊突波耐受能力最高的為CEN/CLG與HBG, HLG, HLN, HLP, HVG, HSG系列產(chǎn)品，可達(dá)到重工業(yè)等級(4kV)，如需更高的SURGE耐受需如圖(8)所示，再外接ZNR(470V)或Gas Tube(500V)對策，但需考慮整體安規(guī)要求。于多盞燈具應(yīng)用時，為符合法規(guī)上需求可加裝雷擊電壓保護(hù)器(SPD: Surge Protection Device)。

　　13.明緯LED電源供應(yīng)器的輸出電壓、電流是否可由使用者自行微調(diào)?

　　欲修改輸出電壓電流的客戶可參考表一”明緯LED電源供應(yīng)器產(chǎn)品比較表”中V/I調(diào)整字段，依調(diào)整電壓、電流需求選擇LED電源供應(yīng)器，調(diào)整范圍請參閱產(chǎn)品規(guī)格書。明緯LED電源供應(yīng)器的輸出電壓、電流微調(diào)是經(jīng)由內(nèi)部可變電阻進(jìn)行調(diào)整，除PLN與ELN系列機(jī)型需如圖(9)拆上蓋，由SVR1/SVR2調(diào)整，其于都可直接如圖(10)由外殼上之Io ADJ、Vo ADJ孔位調(diào)整。另外調(diào)整電壓、電流后，需確認(rèn)總輸出功率不可大于輸出額定值，也要確認(rèn)調(diào)整后上蓋與防水塞都需組裝確實。