LED照明測(cè)試技術(shù)分析――驅(qū)動(dòng)電源可靠性和能效成關(guān)鍵
近幾年LED作為新型節(jié)能光源在全球和中國(guó)都贏得得了很高的投資熱情和極大關(guān)注,并由戶外向室內(nèi)照明應(yīng)用市場(chǎng)滲透,中國(guó)也涌現(xiàn)出大大小小上萬(wàn)家LED照明企業(yè)。讓LED照明大放異彩的最主要原因正是其宣揚(yáng)的具有節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽命、易控制、免維護(hù)等特點(diǎn)。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201809/388762.htm然而頗具諷刺意味的是,我們常常聽聞?dòng)捎贚ED驅(qū)動(dòng)電源本身的壽命直接拖累LED照明燈具變得并不“長(zhǎng)壽”,極大地增加了維護(hù)/使用成本;或者驅(qū)動(dòng)電源的效率不高導(dǎo)致LED照明燈具的能效轉(zhuǎn)換比并不是想象中那么高,或者由于輸出電流紋波沒有得到很好的控制影響了發(fā)光品質(zhì),使得LED照明的綠色節(jié)能優(yōu)勢(shì)大打折扣,甚至影響了市場(chǎng)普及。
因此, LED產(chǎn)業(yè)鏈的完善和成熟,驅(qū)動(dòng)電源也是其中重要的一環(huán)。但現(xiàn)狀是LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)和品質(zhì)局限卻日益成為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“后腿”,因此電源模塊廠商、燈具制造商都越來越重視采用先進(jìn)的測(cè)試測(cè)量技術(shù)和方案。針對(duì)這一現(xiàn)狀,泰克公司獨(dú)樹一幟,深入到客戶中間,深入了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求,制定出針對(duì)LED垂直應(yīng)用的各種解決方案組合,旨在幫助更多的中國(guó)LED照明廠商、驅(qū)動(dòng)電源供應(yīng)商和相關(guān)質(zhì)檢/認(rèn)證機(jī)構(gòu)獲得更精確的測(cè)試結(jié)果,保證LED驅(qū)動(dòng)電源的品質(zhì),從而促進(jìn)中國(guó)LED照明產(chǎn)業(yè)的健康繁榮發(fā)展。
圖1:泰克專門針對(duì)LED照明應(yīng)用提供各種測(cè)試解決方案組合供客戶選擇。
LED驅(qū)動(dòng)電源的可靠性和能效是測(cè)試關(guān)鍵
那么,真正高品質(zhì)的LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)該具備什么樣的特點(diǎn)或者說應(yīng)該滿足那些要求呢?泰克公司總結(jié)出以下主要的幾個(gè)方面:
1.高可靠性和壽命:驅(qū)動(dòng)電源的壽命要與LED的壽命相適配,特別對(duì)像LED路燈的驅(qū)動(dòng)電源,因?yàn)檠b在高空,維修不方便,維修的花費(fèi)也大;
2.高效率:對(duì)于電源安裝在LED燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu),這一點(diǎn)尤為重要。因?yàn)長(zhǎng)ED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降,所以LED的散熱非常重要。電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小,也就降低了燈具的溫升,對(duì)延緩LED的光衰有利。
3.高功率因數(shù):隨著社會(huì)對(duì)供電質(zhì)量的要求不斷提高,人們?cè)絹碓疥P(guān)注用電設(shè)備帶來的電能質(zhì)量和諧波問題。如歐盟已經(jīng)發(fā)布標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定功率大于25W的電源設(shè)備必須具備功率因數(shù)校正電路。而其他很多國(guó)家對(duì)于30 ~40W的LED驅(qū)動(dòng)電源,據(jù)說不久也將可能會(huì)對(duì)功率因數(shù)方面有一定的指標(biāo)要求。
4. 恒流驅(qū)動(dòng):現(xiàn)在通行的有兩種:一種是一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源,每個(gè)恒流源單獨(dú)給每路LED供電。這種方式組合靈活,一路LED故障,不影響其他LED的工作,但成本會(huì)略高一點(diǎn)。另一種是直接恒流供電,LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。它的優(yōu)點(diǎn)是成本低一點(diǎn),但靈活性差,還要解決某個(gè)LED故障不影響其他LED運(yùn)行的問題。
5.適當(dāng)?shù)妮敵黾y波:輸出紋波會(huì)影響LED的光輸出效果。但減小紋波需要使用更高品質(zhì)和容量的電容。為提高電源整體的使用壽命,設(shè)計(jì)師往往傾向于采用無(wú)電容方案。工程師必須在輸出紋波指標(biāo)上確定折中方案。
6.浪涌保護(hù):LED抗浪涌的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。有些LED燈裝在戶外,由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng),從電網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)侵入各種浪涌,有些浪涌會(huì)導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入,保護(hù)LED不被損壞的能力。
7.保護(hù)功能: 電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外,最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋,防止LED溫度過高。
8.防護(hù)方面:對(duì)燈具外安裝型結(jié)構(gòu),電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮,外殼要耐曬。
9.要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。
要達(dá)到高品質(zhì)的驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),就需要進(jìn)行全面的測(cè)試測(cè)量分析,如圖1所示,LED照明測(cè)試主要包括5個(gè)部分:電源質(zhì)量、諧波、功率開關(guān)器件測(cè)量、調(diào)制分析以及驅(qū)動(dòng)輸出參數(shù)測(cè)試。
圖2:LED照明驅(qū)動(dòng)電源的關(guān)鍵測(cè)試項(xiàng)目。
電源質(zhì)量、諧波和功率器件的全面快速分析
測(cè)量驅(qū)動(dòng)電源的輸入功率、功率因數(shù)和諧波有很多方法,使用具有電源分析功能的泰克示波器產(chǎn)品可以輕松實(shí)現(xiàn)這些電能質(zhì)量測(cè)量。使用一路通道測(cè)量輸入電壓、一路通道測(cè)量輸入電流,配合示波器內(nèi)置的PWR電源分析軟件,所有的電能質(zhì)量相關(guān)參數(shù)可以直接顯示在屏幕中。
圖3:帶有PWR電源分析模塊的泰克示波器可直接顯示各種測(cè)量參數(shù),幫助電源工程師輕松完成開發(fā)測(cè)試。
驅(qū)動(dòng)電源效率和電源內(nèi)部的開關(guān)損耗直接相關(guān)。降低功率器件的損耗不但是提高電源效率的要求,也是提高系統(tǒng)熱穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵因素。不過,功率器件的開關(guān)損耗測(cè)量不易實(shí)現(xiàn)。由于器件在導(dǎo)通和關(guān)斷工作狀態(tài)下的電壓幅度相差巨大,一般的示波器產(chǎn)品無(wú)法在如此大的動(dòng)態(tài)范圍下準(zhǔn)確測(cè)量導(dǎo)通狀態(tài)下的微小電壓,導(dǎo)通損耗無(wú)從測(cè)量。
對(duì)于高速切換的功率器件,只能通過電壓和電流相乘得到瞬態(tài)功率的辦法計(jì)算功率。這時(shí)電壓和電流必須是同一時(shí)刻的波形,否則誤差巨大。但電壓探頭和電流探頭的原理和結(jié)構(gòu)不同,對(duì)于高速切換信號(hào)的時(shí)間延遲也不同。如果不能準(zhǔn)確地校正這一偏差,示波器的測(cè)量結(jié)果是不可信的。泰克的示波器電源測(cè)量方案不但具有全面的開關(guān)損耗測(cè)試功能,還具有強(qiáng)大的探頭校準(zhǔn)功能完全消除時(shí)間延遲誤差。獨(dú)特的波形搜索功能更可以輕松找到電源或負(fù)載變化時(shí)最大損耗的發(fā)生時(shí)刻。
具體到型號(hào)來說,對(duì)要求較高的研發(fā)過程測(cè)試,DPO/MSO4000B和DPO/MSO3000系列示波器是不錯(cuò)的選擇;而對(duì)于工廠和生產(chǎn)過程的設(shè)計(jì)優(yōu)化和參數(shù)測(cè)試應(yīng)用,DPO/MSO2000系列完全能滿足要求,可進(jìn)一步降低成本(最近泰克還推出了DPO普及優(yōu)惠活動(dòng),了解詳情請(qǐng)登錄:http://www.tek.com/zh/)。這些示波器都具有每通道很長(zhǎng)的存儲(chǔ)長(zhǎng)度,可以高采樣率來捕獲驅(qū)動(dòng)電源測(cè)量的整個(gè)周期,波形導(dǎo)航方便進(jìn)行電源系統(tǒng)查障,高級(jí)數(shù)學(xué)計(jì)算功能,用戶可以自定義全面的數(shù)學(xué)表達(dá)式,自動(dòng)計(jì)算功率等測(cè)試結(jié)果,從而極大提升測(cè)試工作效率。
表1:能夠提高LED驅(qū)動(dòng)電源開測(cè)試效率、增加測(cè)試準(zhǔn)確度的3個(gè)檔次示波器選擇。
另外,對(duì)于激勵(lì)源,泰克目前可提供PWS4000/PWS2000 系列可編程DC臺(tái)式電源系列,提供精準(zhǔn)、高分辨率的恒流、恒壓輸出,用于驅(qū)動(dòng)LED。
PWM分析和輸出紋波測(cè)量助力進(jìn)軍高端市場(chǎng)
真正節(jié)能的家用LED照明產(chǎn)品最終是要具有調(diào)光功能的,目前也是歐美等高端市場(chǎng)的需求,今后在其他國(guó)家和市場(chǎng)也會(huì)逐步普及。LED調(diào)光的最新技術(shù)是PWM,通過產(chǎn)生不同脈寬的PWM 信號(hào),控制功率器件的開啟和關(guān)斷的比例,從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出光通量的目的。相比于其他調(diào)光方式,PWM 調(diào)光不改變LED流過的電流大小,燈具不會(huì)出現(xiàn)偏色,也避免了電阻調(diào)光帶來的能量損失,保持了LED照明的高效率。
泰克的AFG3000 任意波形發(fā)生器可以輕松生成PWM 信號(hào),用戶可以任意改變PWM變化的形式,脈寬輸出的比例以及變化規(guī)律,所有的操作只需在面板上摁一下按鈕,發(fā)生器內(nèi)置的阻抗調(diào)節(jié)功能可以適應(yīng)更多的電路需要。
紋波是加在直流輸出電壓上的交流電壓,也是LED電源測(cè)試中的一個(gè)重要測(cè)量參數(shù)。紋波電流越大,電源成本就越低,但光輸出會(huì)因此受到影響,而且會(huì)提高LED結(jié)溫進(jìn)而影響LED性能,甚至嚴(yán)重降低LED的使用壽命(經(jīng)驗(yàn)顯示,結(jié)溫每升高10℃使用壽命就縮短一半)。因此準(zhǔn)確地測(cè)量紋波就顯得十分重要。泰克示波器電源測(cè)試方案中具有紋波測(cè)量功能,可以一鍵完成紋波參數(shù)的測(cè)量。對(duì)于高端應(yīng)用,泰克的TCPXX系列電流探頭可提供最低至1mA的紋波電流測(cè)量精度,對(duì)于低成本應(yīng)用,也有相應(yīng)的高性價(jià)比探頭供選擇。
此外,如果工程師希望通過簡(jiǎn)單的數(shù)字萬(wàn)用表完成紋波測(cè)量任務(wù),泰克也能提供相應(yīng)方案DMM4040/4050 數(shù)字萬(wàn)用表具有雙參數(shù)測(cè)量功能,可以同時(shí)顯示交流電壓或電流成分。其雙度數(shù)功能、趨勢(shì)圖和直方圖功能方便用戶在長(zhǎng)時(shí)間檢測(cè)輸出變化;通過前后面板輸入功能,用戶可以交替測(cè)量?jī)山M數(shù)據(jù),便于比較。
評(píng)論