南樺 電子報 169 出刊日期 | 2010.07.12

LED 電源解決方案(一):

1. 如何選擇明緯LED電源供應器?

a. 依客戶系統需求與應用方式決定適合的瓦數,包含欲設計之功率安全餘裕度, 並考量系統之驅動方式
  設計。
•利用明緯電源供應器「直接驅動」LED 燈具,選擇要點可參閱問題 (2) 與 (3)。
•利用明緯電源供應器,搭配恆定電流源之 LED 驅動IC,以達到更精確的定電流驅動,選擇要點可參閱
 問題 (2) 與(3)。
b. 確認 LED 電源供應器的工作環境,以選用合適之防水防塵(IP)等級,或是合適的機型結構  (金屬殼、
  塑膠殼、PCB 式)。
c. 是否需具備功率因數矯正 (PFC) 功能: 採用單級 PFC 架構之機型僅可使用於LED負載,而採雙級 PFC
  架構者則可泛用於一般負載。
d. 若系統設計採電源供應器直接驅動 LED,是否需要可調整輸出電壓/電流之機型,或是具備調光功能
  (dimming) 之機型。

機 型

外殼材質

IP

PFC

V/I
調整

調光
功能

應 用

金屬

塑膠

CLG-150/HLG-240

65/67

○(雙級)

一般泛用

CLG-100

67

○(雙級)

一般泛用

CLG-60

67

○(單級)

僅 LED

CEN-60/75/100

66

○(單級)

僅 LED

PLN-100

64

○(雙級)

一般泛用

PLN-30/45/60

64

○(單級)

僅 LED

PLN-20

64

○(單級)

僅 I

僅 LED

PLC-100

○(雙級)

一般泛用

PLC-30/45/60

○(單級)

僅 LED

ELN-30/60

64

一般泛用

LPH/LPL-18
LPHC/LPLC-18
LPV/LPC-20/35/60

67

一般泛用

PLP-20/30/45/60

PCB 形式

○(單級)

僅 I

僅 LED

ULP-150

U 型

○(雙級)

僅 V

一般泛用


2. LED 燈具系統配置應用方式有那些?其優缺點為何?

表二 LED 驅動方式與電源選用
驅動方式與電源選用

特點

優缺點

直接驅動
使用C.C.模式電源

電源供應器輸出電壓等於
所有串接 LED 之VF 值
總和,IF因溫度變化影
響會有較大之變化

○價格最低
○效率最高
Ⅹ並聯之各路電流不穩定
Ⅹ並聯之各路LED亮度不平均
Ⅹ光衰快,LED壽命最低

串聯電阻
使用C.V.或C.C.模式電源均可

超過所有串接 LED VF
值總和之壓差會降於
串接電阻上,電流 (IF)
穩定度中等

○價格低,僅增電阻之成本
Ⅹ效率最差,增加了電阻耗損

串聯恆流驅動IC
使用C.V.電源


IC 自動調節各路電流
IF,電流誤差小

○光衰慢,LED壽命最長
Ⅹ效率差
Ⅹ價格最高


3. 選擇LED電源供應器注意事項?

a. 燈具系統採直接驅動設計
•LED 工作電壓範圍上下限串接總合都需要在 LED 電源供應器輸出電壓範圍內,例如 LED 規格為
 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 (定電流區間18~24V)
 的機型。
•具功因矯正功能機型,PF值如要求需大於 0.9,負載需大於規格書 PFC      
 定義範圍,功率因數與輸出負載關係如下圖所示,會依機型定義不同,一般設計值為75% LOAD
 以上。
•如果使用在輸入電壓不穩定場所,如使用發電機設備或使用在重工業區,請選擇表一中 "一般泛用型"
 
產品。
b. 燈具系統採恆流 IC 設計
•驅動 IC 的啟動電壓設計需接近LED電源供應器的輸出電壓。
•驅動 IC 對於電壓穩定度要求較高,建議採用表一中〝一般泛用型〞產品。
•具功因矯正功能機型,負載需大於規格書PFC定義範圍,功率因數與輸出負載關係下圖所示,
 會依機型定義不同,一般設計值為 75% LOAD 以上。
•使用驅動 IC 有可能會產生 EMI 搭配問題,燈具設計完成需再確認 EMI。


功率因數與輸出負載關係

4. 請問在 LED 照明設計上,如 LED 燈條設計採 12 顆 LED 為一串( VF 假設為 3.5V),4 串並聯,
 每串電流為 0.7A,直接接於電源輸出端且沒有串接定電流驅動器時,要如何選擇適用的電源?

首先要先確認LED電源需選擇可以工作於定電流模式之電源
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串並聯 = 2.8A
LED 電源需求瓦數=42V x 2.8A = 117.6W
LED 電源供應器瓦數/電壓選擇應為大於且最接近所需瓦數/電壓者
先以 150W / 48V 需求選擇LED電源供應器,再確認所選用電壓/瓦數的電源是否符合定電流區間與
PF > 0.9 的定義要求。 (117.6W / 150W = 78.4% > 75%)
例如此題可選擇 CLG-150A-48V 調整輸出電流為 2.8A


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

首先要先確認每串LED順向電壓總和,再加上恆流驅動器的跨電壓約 2V
每串 LED工作電壓 = 3.5V x 12顆 = 42V
驅動電路電壓 = 42V + 2V = 44V LED
電流 = 0.7A x 4串並聯 = 2.8A
驅動電路瓦數 = 44V x 2.8A = 123.2W
LED 電源供應器瓦數/電壓選擇應為大於且最接近所需瓦數 / 電壓者
先以 150W/48V 需求選擇LED電源供應器,再確認驅動電路實際瓦數是否符合 PF > 0.9 的定義要求
(123.2W / 150W = 82.13% >75%)
例如此題可選擇 CLG-150A-48 機型並調整輸出電壓為 44V 或可直接使用


6.LED 電源供應器規格中所提到的 CV、CC、CV+CC 是什麼?

CV

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

CC
Constant Current (定電流輸出)。以提供穩定電流 (constant current) 為目的,LED 電源的輸出電壓會由負載端的 LED 順向電壓 (Vf) 總合決定。 例如使用 Vf = 3.5V @ 350mA 的 LED 串聯 12 顆,順向電壓 (Vf) 總合3.5*12 = 42,若再二串並聯,If (順向電流) = 350mA*2 = 700mA。此時若選用明緯定電流式LED電源供應器 LPC-35-700 (使用輸入電壓 90 ~ 264VAC,輸出規格為 48V / 700mA) 直接驅動LED負載,LED 電源會工作在CC模式,輸出電壓則會降到42VDC,輸出電流則穩定在 700mA,如圖 (2b) 所示。
CV + CC
明緯具定電流輸出功能之 LED 電源供應器皆具有:C.V. + C.C." 之特性,也就是說開機時為 "定電壓 (C.V.) 模式",適合搭配 LED 驅動 IC 或串接限流電阻使用;而當輸出電流超過額定值到達定電流區間後則工作於 "定電流 (C.C.) 模式",可用於直接驅動LED之設計。此種 C.V. + C.C. 之特性可應用於各式 LED 配置方式中,使得系統設計上更具彈性。

7. 為何有時LED燈串設計上有LED驅動IC時會造成LED電源無法順利開機?
 (電壓被LED箝制而無法上升至額定電壓值)

依據使用電路的不同,會有不同操作問題如下:
•升壓 (Boost) 模式電流驅動 IC
由於驅動 IC 的啟動電壓都遠低於 LED 燈串的順向工作電壓,因此驅動 IC 在低電壓時即開始啟動, 往往
IC 啟動電壓甚至遠不足電源電壓的一半,此時若要達到額定功率輸出,驅動電流至少要達到電源供應器
輸出額定電流的 2 倍以上,故會因電源供應器無法提供如此大的電流而無法驅動 LED 定電流模組。
•降壓(Buck)模式電流驅動 IC
選用電源輸出電壓遠高於 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
功率相當時),當電源啟動到 LED 開始導通時 LED 電源供應器立即進入定電流操作模式,由於此時 LED 的消耗功率設定遠大於此時電源定電流的驅動能力,造成驅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 驅動設計時將驅動 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 如下圖),待電源輸出電壓建立好後再啟動驅動模塊。或者選擇電源時(使用在降壓式
模塊)須選用電源輸出電壓接近 LED 燈串電壓,而且驅動功率須留有餘裕的電源供應器 (LED 消耗功率/ 0.85)。



簡易緩啟動線路示意圖

DIM PIN 為 PWM 調光控制 PIN 也有標示為為 EN (Enable)
DIM (or Enable) 保持 0V 時內部 SW 為關斷;DIM 之電壓達到 1.5V (Typ) 時則 Turn ON。
因此設定DRIVER的啟動電壓 Vstart:
Vstart = (VDIM / RB) x (RA + RB),Vstart 設定以高出 LED 的工作電壓 5 ~ 10% 為原則



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