淺談幾款LED路燈電源設計方案

　　LED路燈是LED照明中，很重要的一個應用。在節(jié)能省電的前提下，由于傳統(tǒng)的高壓鈉燈或是鹵素燈，發(fā)光效率遠遠不及高功率LED，LED路燈取代傳統(tǒng)路燈的趨勢越來越明顯。而隨著低耗電LED路燈的崛起，使得太陽能路燈變得更為可行。低耗電的特性，大大降低了電池的成本，解決了偏遠地區(qū)夜間照明的問題。市面上，LED路燈電源的設計，有相當多種，早期的設計，較重視低成本的追求，從簡單的棋盤式連接到只做定電流控制不調整電壓的設計，一時之間，蔚為主流。而隨著對LED越來越了解。以及眾多IC設計公司的新方案出爐。到近期，共識漸漸形成，高效率及高可靠性的電源設計，才是最重要的。

　　立锜科技近年來發(fā)表了一系列LED照明的驅動IC。也一直關注LED路燈的發(fā)展，本文主要是針對幾種不同LED路燈的應用，提出適合的架構，并做優(yōu)缺點的分析。讓讀者能依自己公司狀況以及所設計路燈應用范圍的不同，找出最合適的方案。同樣的架構，也可用于其他大功率燈具的設計中。

　　1、直接AC輸入，對6串LED分別做定電流控制

　　在以下的幾種方案之中，這一種應該是目前效率最高，電路成本最低的方式。直接藉由Photo-coupler對一次側做回溯控制，調整輸出電壓。相較于其他傳統(tǒng)方案，少一次的switchinglose。將CSpin的電壓固定在0。25V，對6串LED分別做定電流控制。IC會偵測各串FB的位置，將電壓最低那串，也就是Vf總和最高的那串，固定在0。5V。此時由于各串LEDVf值總和的不同，Vf差異所引起多余的電壓會落在MOS上面，造成些許損耗。如果是一般對Vf分BIN過后的LED，損耗應該可以控制在2%以內。少于一般的switchinglose。若使用LLC架構的一次側，有機會讓整體電源效率接近90%?；诂F(xiàn)階段各LED廠并不傾向提供高功率LEDVf分Bin的服務。所以必需由用戶自行調整各串LEDVf的總和，造成大量生產時的困擾。目前此方式較適合對效率有極端追求的方案，特別是一些由省電的多寡來定價的項目。

　　優(yōu)點：效率高，成本低，

　　缺點：AC輸入，一次側的設計較為復雜，電源效率跟各串Vf的差異有關。

　　適用于追求高效率的路燈

　　2、DC或電池輸入，對6串LED分別做定電流控制

　　多串的升壓結構設計，LED驅動的方式與前一種類似，差別在于由原來的AC輸入，改為經由adaptor或是電池輸入。Low-sidesense的設計，只要選擇耐壓夠的MOS，LED可以串到相當多的數(shù)目。相較于前面AC輸入的方案，設計較為簡單。但由于多了一次升壓的switching，效率相對較低升壓結構的設計，在適當?shù)姆秶鷥龋蕦敵鲭妷夯蚴荓ED數(shù)目的變化較降壓為小，所以此架構的LED配置較為靈活。LED數(shù)目的變化不易導致輸出電流或效率的改變。適合需任意配置LED數(shù)目的應用。

　　優(yōu)點：設計簡單，電路成本低；

　　缺點：效率較低，且跟Vf相關；

　　適合需靈活配置LED數(shù)目的多串LED設計。

　　3、單串降壓結構

　　這應該是目前最普遍的方式，設計簡單，效率也高。有些廠商，仍喜歡用單串的設計，優(yōu)點是將來維修容易。而且可以做模塊化設計。不同功率的路燈可以使用相同的燈條，只要更換路燈面板，插上不同數(shù)目的燈條，就可以組合出各種不同功率的路燈。缺點是每一串都需要獨立的電源模塊。

例如60V的adaptor，LED最多串到15，16顆，如果要設計20W的燈條，就需要使用較大電流的LED。此種結構，為了使效率達到最高，要讓輸入電壓盡可能接近輸出電壓。也就是說，必需針對LED的數(shù)目來調整輸入電壓，或是adaptor的輸出電壓。以10棵LED為例，如果要達到最高效率，就必須把輸入電壓調到約40V左右。而讓降壓的效率達到96%以上。而如果調整LED數(shù)目不相對調整輸入電壓，會對效率造成明顯的影響。

　　參考下圖，可發(fā)現(xiàn)，降壓的效率對輸出入電壓的變化較為明顯，在87%區(qū)域有個穩(wěn)定期。升壓雖然最大值比不上降壓，但整體效率相對穩(wěn)定，在93%區(qū)域有個穩(wěn)定期。

　　優(yōu)點：降壓結構效率較高，單串設計，配置較為靈活；

　　缺點：電路成本較高，LED串聯(lián)數(shù)目，受限于輸入電壓，要達到最高效率需適當?shù)恼{整輸入電壓
適合大多數(shù)有固定輸出輸入的路燈。

例如60V的adaptor，LED最多串到15，16顆，如果要設計20W的燈條，就需要使用較大電流的LED。此種結構，為了使效率達到最高，要讓輸入電壓盡可能接近輸出電壓。也就是說，必需針對LED的數(shù)目來調整輸入電壓，或是adaptor的輸出電壓。以10棵LED為例，如果要達到最高效率，就必須把輸入電壓調到約40V左右。而讓降壓的效率達到96%以上。而如果調整LED數(shù)目不相對調整輸入電壓，會對效率造成明顯的影響。

　　參考下圖，可發(fā)現(xiàn)，降壓的效率對輸出入電壓的變化較為明顯，在87%區(qū)域有個穩(wěn)定期。升壓雖然最大值比不上降壓，但整體效率相對穩(wěn)定，在93%區(qū)域有個穩(wěn)定期。

　　優(yōu)點：降壓結構效率較高，單串設計，配置較為靈活；

　　缺點：電路成本較高，LED串聯(lián)數(shù)目，受限于輸入電壓，要達到最高效率需適當?shù)恼{整輸入電壓
適合大多數(shù)有固定輸出輸入的路燈。

　　流體流動的阻力：由于流體的粘性和固體邊界的影響，使流體在流動過程中受到阻力，這個阻力稱為流動阻力，可分為沿程阻力和局部阻力兩種。

　　沿程阻力：在邊界沿程不變的區(qū)域，流體沿全部流程的摩檫阻力。

　　局部阻力：在邊界急劇變化的區(qū)域，如斷面突然擴大或突然縮小、彎頭等局部位置，是流體的流體狀態(tài)發(fā)生急劇變化而產生的流動阻力。

　　通常LED是采用散熱器自然散熱，散熱器的設計分為三步：

　　1：根據相關約束條件設計處輪廓圖。

　　2：根據散熱器的相關設計準則對散熱器齒厚、齒的形狀、齒間距、基板厚度進行優(yōu)化。

　　3：進行校核計算。

　　散熱器的設計方法

　　自然冷卻散熱器的設計方法

　　考慮到自然冷卻時溫度邊界層較厚，如果齒間距太小，兩個齒的熱邊界層易交叉，影響齒表面的對流，所以一般情況下，建議自然冷卻的散熱器齒間距大于12mm，如果散熱器齒高低于10mm，可按齒間距≥1.2倍齒高來確定散熱器的齒間距。

　　自然冷卻散熱器表面的換熱能力較弱，在散熱齒表面增加波紋不會對自然對流效果產生太大的影響，所以建議散熱齒表面不加波紋齒。

　　自然對流的散熱器表面一般采用發(fā)黑處理，以增大散熱表面的輻射系數(shù)，強化輻射換熱。

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