LED八個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)你達(dá)到了嗎？詳解LED照明如何選擇正確的恒流模塊

　　LED八個(gè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

　　國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會在2009年年底發(fā)布的八項(xiàng)LED國家標(biāo)準(zhǔn)包括——

　　GB/T 24823-2009普通照明用LED模塊性能要求、

　　GB/T 24824-2009普通照明用LED模塊測試方法、

　　GB/T 24825-2009 LED模塊用直流或交流電子控制裝置性能要求、

　　GB/T 24826-2009 普通照明用LED和LED模塊術(shù)語和定義、

　　GB/T 24827-2009道路與街路照明燈具性能要求、

　　GB 24819-2009普通照明用LED模塊 安全要求、

　　GB 19510.14-2009燈的控制裝置第14部分：LED模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求、

　　GB 19651.3-2008雜類燈座第2-2部分：LED模塊用連接器的特殊要求。

　　LED國家標(biāo)準(zhǔn)之GB24819-2009普通照明用LED模塊安全要求

　　該項(xiàng)LED國家標(biāo)準(zhǔn)于 2009年11月30日頒布，2010年11月1日開始實(shí)施。俞安琪介紹說，該標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC62031 2008.按安裝方法，模塊分為整體式、內(nèi)裝式、獨(dú)立式，這與GB19510系列燈的控制裝置分類原則相同。該標(biāo)準(zhǔn)主體條款基本引用GB19510.1和 GB7000.1標(biāo)準(zhǔn)，其最大的特點(diǎn)是采用了IEC62471 2006燈和燈系統(tǒng)的光生物學(xué)安全性標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)榭紤]到LED照明產(chǎn)品可以進(jìn)入室內(nèi)，可能會在較近距離內(nèi)被直接看到，所以提出了保護(hù)眼睛的要求，而此前采用的是IEC60825激光器件的標(biāo)準(zhǔn)，并不適用。

　　LED國家標(biāo)準(zhǔn)之GB/T24823-2009普通照明用LED模塊性能要求

　　該LED國家標(biāo)準(zhǔn)有幾個(gè)特點(diǎn)：一是功率因數(shù)要求符合宣稱值，實(shí)測值不得低于宣稱值的0.05;二是諧波應(yīng)符合GB17625.1的要求。值得提醒的是，以上兩項(xiàng)只適用于自鎮(zhèn)流 即直接連接電源 的LED模塊，其他的由驅(qū)動器承擔(dān)。另外，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無線電騷擾（EMI）特性應(yīng)符合GB17743的要求，但也只有直接連接電源的LED模塊需要進(jìn)行“電源端子騷擾”檢測，其他的也由驅(qū)動器承擔(dān)。只有當(dāng)驅(qū)動LED的電流頻率大于100Hz時(shí)，才進(jìn)行“輻射騷擾（包括9KHz~30MHz和 30MHz~300MHz）”。同時(shí)，電磁兼容抗擾度（EMS）應(yīng)符合GB/T18595的要求，但也只有直接連接電源的LED模塊需要進(jìn)行“抗脈沖群” 檢測，其他的LED模塊仍由驅(qū)動器承擔(dān)。標(biāo)準(zhǔn)還要求，一般應(yīng)該進(jìn)行“抗靜電放電”試驗(yàn)，但只對使用在具有射頻干擾或者工頻干擾場合的LED模塊進(jìn)行以上試驗(yàn)。這一標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)性能參數(shù)按GB/T24824進(jìn)行。

　　LED國家標(biāo)準(zhǔn)之GB/T24824-2009普通照明用LED模塊測試方法

　　該LED國家標(biāo)準(zhǔn)主要參照CIE127 2007標(biāo)準(zhǔn)，其檢測方法重點(diǎn)是：監(jiān)測被測LED模塊指定溫度測量點(diǎn)溫度的要求。俞安琪說，這是因?yàn)槠渌庠丛诒ＷC電源穩(wěn)定的前提下，保證光源的環(huán)境溫度的穩(wěn)定，就能得到良好的檢測結(jié)果的重復(fù)性。但是，LED僅保證環(huán)境溫度穩(wěn)定是無法得到良好的檢測結(jié)果的重復(fù)性，因此對溫度測量點(diǎn)溫度提出了要求。

　　對于光、色、電性能參數(shù)檢測方法，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：試驗(yàn)或測量時(shí)LED模塊應(yīng)工作在熱平衡狀態(tài)下，在監(jiān)視環(huán)境溫度的同時(shí)，最好能監(jiān)視LED模塊自身的工作溫度，以保證試驗(yàn)的可復(fù)現(xiàn)性。如可能監(jiān)測LED模塊結(jié)電壓，則應(yīng)首選監(jiān)測結(jié)電壓。否則，應(yīng)監(jiān)測LED模塊指定溫度測量點(diǎn)的溫度。由此可見，監(jiān)測結(jié)電壓是首選。

　　工作時(shí)需要外加散熱器（包括主動制冷）時(shí)，應(yīng)監(jiān)視和控制LED模塊自身的溫度，因?yàn)長ED的熱沉與散熱器的接觸面不可能很好地保持熱阻一致，所以監(jiān)視和控制LED模塊自身的溫度，才能保證檢測重現(xiàn)性。采用監(jiān)視和控制LED模塊自身的結(jié)溫來進(jìn)行檢測，即監(jiān)視結(jié)電壓的條件下來測量光、色、電參數(shù)是保證檢測重現(xiàn)性的首選方案。

　　LED證明恒流電路設(shè)計(jì)與分析：

　　恒流驅(qū)動模塊能夠帶多大的功率??？這種問題實(shí)際上是無法回答的。因?yàn)楹懔髂K能夠帶多大的功率是和很多因素有關(guān)。從恒流模塊本身來說，它主要是和散熱要求和散熱條件有關(guān)，當(dāng)然也和驅(qū)動芯片的電流驅(qū)動能力有關(guān)。然而即使這些都已經(jīng)確定下來，例如已經(jīng)選定了SLM2842這一款恒流模塊，那么他的驅(qū)動能力似乎應(yīng)該完全確定了！其實(shí)不然！雖然它的極限驅(qū)動能力是可以知道，例如它的最大開關(guān)電流，它的最大輸入電流，它的最大輸入電壓和最大輸出電壓等。然而，一個(gè)恒流模塊的驅(qū)動功率除了和它的散熱能力有關(guān)以外，最主要的還和它的工作效率有關(guān)。而它的工作效率則和很多外在的因素有關(guān)，尤其是用戶使用情況有關(guān)。所以在設(shè)計(jì)或選用LED模塊的時(shí)候就要考慮恒流源的要求和特點(diǎn)。

　　一、LED連接架構(gòu)

　　在設(shè)計(jì)和選用LED模塊時(shí)就需要考慮一些和恒流模塊和其他有關(guān)的要求。

　　1、串聯(lián)的LED數(shù)應(yīng)當(dāng)少于10個(gè)，這是因?yàn)樽鳛長ED燈具，有一個(gè)安規(guī)上的要求。根據(jù)歐盟IEC61347-2-13（5/2006）標(biāo)準(zhǔn)，針對采用直流或交流供電的LED模塊要求在LED燈具中的電壓不得超過最大安全特低電壓（SELV），也就是其工作輸出電壓≤25Vrms（35、3Vdc），所以串聯(lián)的LED總數(shù)不得超過10個(gè)。

　　2、作為路燈，為了修理更換方便通常采用LED模塊，每一個(gè)模塊通常設(shè)計(jì)成長方形，恒流模塊也設(shè)計(jì)在其中。建議每個(gè)模塊的功率小于30W.這樣，在100W左右的路燈采用3-4個(gè)LED模塊，而150WLED路燈，則采用5-6個(gè)LED模塊。再大功率則可以用7-8個(gè)模塊。

　　3、在每個(gè)LED模塊中，通常采用1W的LED，其連接方式為串并聯(lián)方式。假如LED有保護(hù)二極管，那么可以先串后并，假如沒有保護(hù)二極管，那么就要先并后串，以免一個(gè)損壞一串都不亮。

　　4、具體用幾串幾并，就要進(jìn)一步了解恒流模塊的性能和特點(diǎn)了。

　　二、恒流模塊的性能和特點(diǎn)

　　普通的穩(wěn)壓電源是在負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓不變。而恒流模塊是一種在輸入電壓變化時(shí)保持輸出電流恒定的一種電源。在使用前，必須了解它的各種特點(diǎn)。

　　1、電流的設(shè)定：一般恒流模塊的輸出電流都可以在很大的范圍內(nèi)根據(jù)用戶的要求來調(diào)節(jié)，只要簡單地改變一下輸出電流設(shè)定電阻就可以了。

　　2、類型：恒流模塊有升壓型、降壓型和升降壓型三種。選擇哪一種完全是由所要求的輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系而決定的。但是如果從得到最大效率的觀點(diǎn)出發(fā)，那么就應(yīng)該選擇降壓型。降壓型就是輸入的電壓比較高。所以輸入的電流就比較小，這樣由銅損所引起的損耗就比較小，而降壓型的恒流模塊通常有較高的效率。所以，也一定要把負(fù)載中串聯(lián)的LED數(shù)目盡量減少，以便能夠采用降壓型的恒流驅(qū)動模塊。

　　3、輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系

　　不管是升壓型還是降壓型恒流模塊，其升壓比或降壓比都是越接近1時(shí)效率越高。當(dāng)然也不能等于1，而必須留出2-3V給恒流模塊消耗。而這完全是由路燈的整燈設(shè)計(jì)所決定的。所以在進(jìn)行路燈的總體設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮這個(gè)因素來選擇電源電壓和負(fù)載串聯(lián)的LED個(gè)數(shù)。而不是設(shè)計(jì)好了再來要求恒流模塊必須提供多高的效率。

　　4、調(diào)光能力：恒流模塊通常都具有調(diào)光能力，而且這種調(diào)光能力并不是簡單地調(diào)節(jié)其輸出電流，而是采用一種稱之為脈寬調(diào)制（PWM）的調(diào)光方法，它利用了LED的快速開關(guān)能力和人眼的視覺殘留，使得看上去的亮度發(fā)生了變化。從而避免了因?yàn)檎{(diào)節(jié)電流而產(chǎn)生的色譜的變化。這種調(diào)光能力在路燈設(shè)計(jì)中是非常重要的，因?yàn)槔眠@種性能可以使路燈的亮度根據(jù)交通流量來變化，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的。

　　下面我們分太陽能LED路燈和市電LED路燈兩種情況來討論。

　　三、太陽能路燈

　　太陽能LED路燈的最大特點(diǎn)就是它通常是由蓄電池供電的，而蓄電池有一些特點(diǎn)是需要考慮的：

　　3.1蓄電池只有幾種規(guī)定的電壓，12V是最常使用的，因?yàn)樗瞧囯姵氐臉?biāo)準(zhǔn)電壓。24V就需要用兩個(gè)串聯(lián)。36V就更少見了。為此，在太陽能LED路燈中經(jīng)常需要采用升壓型的恒流驅(qū)動模塊。這就影響了恒流模塊的效率。

　　3.2在太陽能路燈中另一個(gè)需要考慮的問題是輸入電壓的變化

　　對于恒流源的輸出功率和效率來說，要得到最高的效率就要保持輸入和輸出電壓的比值越接近1越好。但是如果輸入電壓不穩(wěn)。那么就很難保持在最高效率的最佳狀態(tài)。太陽能LED路燈系統(tǒng)通常采用蓄電池作為能量儲存單元。而蓄電池在剛充滿電和快放完電的時(shí)候電壓會有較大的變化。通常這種變化超過30%以上。例如對于12V的蓄電池，其輸出電壓可以在14、8V變化到10、8V.當(dāng)然對于恒流模塊來說，這樣的變化是完全可以承受的。也就是完全可以在這樣大的變化范圍內(nèi)保持其輸出電流的恒定。但是這也是有代價(jià)的，那就是不能工作于最佳狀態(tài)。所謂最佳狀態(tài)就是指效率最高的狀態(tài)?；蚴禽敵龉β首罡叩臓顟B(tài)。

　　對于恒流模塊來說，不管是升壓型還是降壓型，只有當(dāng)輸出電壓最接近輸入電壓的時(shí)候，效率最高。通常輸出電壓是由負(fù)載決定的，是很少變化的。所以當(dāng)輸入電壓在一個(gè)范圍內(nèi)變化時(shí)，它的效率也跟著變化。為了保證在最壞情況下也能工作，就不能工作在最佳狀態(tài)了！

　　例如對于SLM2842S升壓型恒流模塊，假如輸出功率為27瓦，那么升壓比越接近1，效率就越高！芯片的溫升就越低！壽命和可靠性也就越高。

　　從圖中可以看出，芯片封裝也是很重要的，采用QFN的芯片封裝顯然好于采用TSSOP的芯片封裝，因?yàn)樗臒嶙枰秃芏唷Ｋ栽谫徺I模塊時(shí)也要了解所采用芯片的封裝（盡可能采用QFN封裝的，盡量不要采用TSSOP封裝的）。

　　現(xiàn)在舉一個(gè)具體的例子來說明：假如太陽能LED路燈采用的是12V蓄電池，負(fù)載是8串3并1W的LED，那么在輸出端負(fù)載的電壓大致是26、4V，電流是1、05A，輸出功率為27、7W.而假如采用12V蓄電池，在電壓最高的時(shí)候是14、8V，升壓比就是1、78，那時(shí)候不用散熱器用QFN封裝時(shí)外殼溫度大約是60度。還可以接受，但是當(dāng)蓄電池電壓降低至10、8V時(shí)，升壓比就變成2、44倍，這時(shí)候外殼溫度就會升高到70度以上，而假如采用的是TSSOP封裝，那么外殼溫度更會上升至85度左右，就是不能允許的了！

　　除了要考慮外殼溫度以外，還要考慮最大輸入電流。因?yàn)镾LM2842的最大輸入電流為3A.在計(jì)算最大輸入電流時(shí)，要考慮恒流模塊本身的效率?，F(xiàn)在假定是90%，同時(shí)假定輸出功率是32W，除以0、9就是35、5W，而當(dāng)輸入電壓為14、8V時(shí)，輸入電流為2、4A，沒有超出允許的3A;可是當(dāng)蓄電池電壓降低至10、8V時(shí)，輸入電流就達(dá)到3、28A，這就超出了3A，芯片就會自動停止工作。

　　所以假如不考慮蓄電池的電壓變化是很危險(xiǎn)的設(shè)計(jì)！

　　那么是不是可以采用2個(gè)蓄電池串聯(lián)呢？在這里也是不行的，因?yàn)檫@樣的話，輸入電壓剛好和輸出電壓相同，都是在24V左右。這時(shí)候就必須采用升降壓型的SLM2842SJ.

　　升降壓型的恒流模塊的特點(diǎn)是不論輸入電壓如何變化，使得其低于或高于輸出電壓時(shí)，其輸出電流都不變。也就是說它可以自動地根據(jù)輸入電壓和輸出電壓之間的關(guān)系自動地從升壓變?yōu)榻祲?。例如，升降壓恒流模塊SLM2842SJ可以在輸出電流為1A，輸出電壓為13V時(shí)，輸入電壓從7、5V一直升至25V都能保持輸出電流為恒定的1A.那么是不是所有情況下都盡可能采用升降壓型呢？不是這樣的，因?yàn)樯祲盒偷妮敵龉β时容^小，而且它的效率低，價(jià)錢貴，不是必要情況下盡量少用。

　　那能不能用三個(gè)蓄電池串聯(lián)，而采用降壓型的恒流模塊呢？理論上是可以的，這時(shí)候還可以得到更高的效率，但是因?yàn)槿齻€(gè)蓄電池串聯(lián)有可能會用了過大的容量（安時(shí)），而且增加了成本，增加了維護(hù)時(shí)更換蓄電池的幾率。總體上是不合算的。

　　所以對于太陽能LED路燈的設(shè)計(jì)，可以歸納如下：

　　如上所述，3個(gè)蓄電池串聯(lián)是不建議使用的，所以假如總功率大于60W，那時(shí)候太陽能電池板的尺寸也會過大而抗風(fēng)力降低，所以建議采用可調(diào)光控制器，以盡量減少亮燈時(shí)間和亮度。這樣可以節(jié)約大約40-50%的容量。這樣，仍然可以采用2個(gè)12V蓄電池串聯(lián)的方案。

　　四、市電LED路燈

　　在市電的情況下，當(dāng)然最好是采用AC-DC直接恒流輸出的方案。

　　但是這種方案大多數(shù)只能提供小功率輸出（《40W）目前只有美國的PowerIntegraTIon公司的TOP250YN才能夠提供75W功率輸出的方案。但是其電路十分復(fù)雜，價(jià)格貴，而且靈活性低。

　　國內(nèi)的茂碩公司雖然也提供直接恒流輸出的電源，但是通常只有單路輸出。如果要多路就必須定制（路數(shù)和每路電流）。一方面提高了成本，而且將來要有任何變動都將是十分麻煩的事。

　　所以在市電的情況下最好先用恒壓電源穩(wěn)壓然后再采用多個(gè)恒流模塊恒流。這樣做的最大好處就是可以在各種不同的LED連接架構(gòu)下得到最高的效率。因?yàn)榭梢匀我膺x擇恒壓源的輸出電壓而達(dá)到最佳的匹配。而且靈活性高，很容易改變其組合。

　　市電的恒壓源是一種非常成熟的產(chǎn)品，它通常具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

　　1、輸入電壓范圍寬，可以適用于各國不同的電壓規(guī)格。

　　2、效率高，通常可以做到90%以上。

　　3、功率因素高，通?？梢宰龅?、99以上

　　4、具有防浪涌措施，可抗雷擊4kv以上，可以保護(hù)后面的電路。

　　5、具備完善的過流，過壓，短路，過功率保護(hù)功能

　　6、成本低

　　7、最大的優(yōu)點(diǎn)是很容易選擇其輸出電壓以便和負(fù)載電壓接近從而得到最高的效率

　　下面就來舉一個(gè)例子：

　　這是一個(gè)LED功率為112W的路燈，LED模塊分為4組，每組為7串4并，28W.

　　我們采用了香港煒達(dá)電子公司的150W，輸出28V的市電穩(wěn)壓電源VP28SA150U.

　　因?yàn)樨?fù)載是7串4并。其電壓為23-24V左右，所以選用了輸出為28V的開關(guān)電源，這樣就可以采用降壓型的恒流源。而且因?yàn)槠漭敵鲭妷菏纸咏斎腚妷?，從而可以?shí)現(xiàn)很高的效率。實(shí)測的結(jié)果為從輸入到輸出的總效率為90、9%，功率因素為0、996.

　　而且這種恒壓和恒流分開的方案的最大優(yōu)點(diǎn)是可以插入程序調(diào)光系統(tǒng)。這樣可以進(jìn)一步節(jié)約電能40%以上，這是任何直接恒流輸出方案所無法實(shí)現(xiàn)的。

　　而且這種方案又可以配合各種不同的LED連接架構(gòu)。例如假定LED為10串3并。那么只要把上面圖中的穩(wěn)壓源的輸出改為36V，其他一切都不變就可以了。這時(shí)恒流源本身的效率可以高達(dá)98%.

　　總而言之，LED路燈設(shè)計(jì)人員，必須對各種恒流電源的特性有充分的了解，才能設(shè)計(jì)出高性能、高可靠的路燈系統(tǒng)來！