五、LED吸頂燈的電源

　　現(xiàn)在讓我們先來看一下普通吸頂燈的電源。

　　普通吸頂燈通常采用電子鎮(zhèn)流器，或者稱為高頻變壓器。但是市面上的電子鎮(zhèn)流器的質(zhì)量都比較差。例如，作者就測試了一款普通吸頂燈安裝了飛利浦的32W環(huán)形燈管。實(shí)測的結(jié)果如下：Pin=16W，PF=0.62。所以它只用到環(huán)形燈管50%的功率，而且功率因數(shù)也很差。作者也測試了一個(gè)9W節(jié)能燈的參數(shù)，測得Pin=8.4W，PF=0.563

　　二者的功率因數(shù)都不能滿足》0.7的要求，但仍然在市面上大量流通。

　　對于LED吸頂燈的電源可以分為非隔離式和隔離式兩大類：

　　5.1 非隔離恒流源，由于LED吸頂燈不像球泡燈那樣容易被用戶用手觸摸到，而且由于不需要接觸式導(dǎo)熱，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很容易把鋁基板或印制板和金屬底板絕緣起來，所以采用非隔離電源是可以很容易通過CE、UL等安全認(rèn)證。再加上它的安裝通常是由專業(yè)的電工來安裝，也減小了用戶觸電的危險(xiǎn)。

　　我們知道LED必須采用恒流源來驅(qū)動(dòng)，否則由于它的負(fù)溫度系數(shù)，而會(huì)使電流急劇上升導(dǎo)致結(jié)溫升高，壽命縮短。恒流源分為線性和開關(guān)式兩種。線性恒流源的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI），簡單，成本低。它的缺點(diǎn)是效率比較低。

　　1. 采用恒流二極管的非隔離恒流源

　　恒流二極管是一種線性恒流源，它的恒流作用可以用來驅(qū)動(dòng)LED。最簡單的方法就是把恒流二極管直接和LED串聯(lián)。但是我們在用于LED驅(qū)動(dòng)時(shí)必須注意選擇恰當(dāng)?shù)碾娏骱湍蛪骸?/p>

　　最低電壓

　　由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進(jìn)入恒流，所以太低的電源電壓是無法工作的。通常這個(gè)Vk大約在5-10V左右。

　　最高電壓

　　由于恒流二極管必須能吸收掉電源電壓的變化，對于同樣的百分比，220V就要比110V的變化范圍大一倍。例如對于+10%~-20%的變化范圍，對于220V就意味著22+44=66V的變化范圍，經(jīng)過橋式整流以后這個(gè)變化還會(huì)加大1.2倍，變成79.2V。而對于110V電源，同樣的變化范圍只相當(dāng)于39.6V的變化范圍。電壓越低，就意味著功耗越小，效率越高。所以可以說恒流二極管更適用于110V市電的國家。

　　最大電流

　　由于恒流二極管的功耗受到限制，所以過大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二極管就很難提供。即使能夠提供，它的功耗也過大而使整體效率大為降低。

　　恒流二極管最適用的使用場合就是交流市電供電的LED燈具，采用很多小功率LED串聯(lián)，也就是高壓小電流的情況是最為合適。

　　圖5就是一種用于吸頂燈的恒流二極管驅(qū)動(dòng)源。其負(fù)載是80顆3022串聯(lián)，總功率為16W。所用的恒流二極管也是恒流在60mA。假如手頭的恒流二極管只有30mA的，就需要2串并聯(lián)。

　　圖5. 采用恒流二極管作為LED驅(qū)動(dòng)電源

　　在這里，恒流二極管的作用就是要在輸入市電電壓變化時(shí)，保持輸出電流不變，當(dāng)然也可以消除由于LED負(fù)溫度系數(shù)所引起的電流增大。但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制，所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來說，它的工作電壓范圍還要減去它的最小工作電壓10V，可用的電壓范圍也就只有90V。用在220V市電電源里， 如果市電變化+10%，~-20%，就相當(dāng)于整流后為290~211V，電壓變化79V，在其耐壓范圍內(nèi)。假如所用的LED為80顆，如果正向電壓為3.3V，那么總電壓為264V，正好相當(dāng)于220V經(jīng)過橋式整流以后的值。這時(shí)候恒流二極管上沒有壓降，但是這時(shí)候它是不能工作的而至少需要10V壓降，也就是要求整流后電壓為274V，市電電壓為228VAC。那時(shí)候恒流二極管壓降為最小，功耗也最小，只有0.03Ax10V=0.3W，整體效率為最高可達(dá)96%（當(dāng)然還要考慮整流器的效率，實(shí)際上還會(huì)低一些）。如果市電增高至242VAC，那么恒流二極管電壓就增高為26.4V，其功耗也增加到0.79W，這時(shí)候效率就等于91%。

　　如果市電電壓低于228V，是不是恒流二極管就不工作呢？并不是，但的確是不恒流了，這時(shí)候它和LED就會(huì)達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，那就是二者的電壓和等于市電電壓經(jīng)過整流后的電壓。因?yàn)長ED伏安特性的非線性，所以很難用公式來表示。總之，當(dāng)市電電壓降低時(shí)，LED中的電流就會(huì)隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會(huì)跟著變暗。但是這時(shí)候恒流二極管的壓降不大所以并不消耗很多功率。所以效率還是很高的。

　　前面假定了LED的正向壓降為3.3V，實(shí)際上即使其額定為3.3V，在開機(jī)一段時(shí)間以后，由于結(jié)溫的升高，正向壓降就會(huì)降低至3.1V甚至3.0V。

　　一個(gè)采用恒流二極管的8W電源的實(shí)測結(jié)果如下表所示：

　　由表中可見，采用恒流二極管以后其最高效率的確可以做到非常高。是一種值得選用的電源。為了在220V得到最高的效率，看來應(yīng)該串聯(lián)90個(gè)以上的LED。

　　各種恒流二極管的參數(shù)如下表所示：

　　2.采用高壓直接降壓的開關(guān)式恒流源

　　由交流直接整流得到的電壓是264V，這時(shí)候可以采用直接降壓的高壓Buck電路來恒流。

　　a）PAM99700

　　圖6. 采用美國PAM公司的PAM99700的高壓Buck的電路圖。

　　這個(gè)電路的特點(diǎn)是效率高達(dá)90%，功率因數(shù)也大于0.9以上。外部電路也很簡單。可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)40個(gè)1W的LED。一個(gè)采用PAM99700的LED吸頂燈照片如圖7所示。

　　它是采用24串7并的3014型LED，總功率16.8W。右下角的藍(lán)色印制板是紅外遙控接收器。

　　圖7. 采用PAM99700作為恒流驅(qū)動(dòng)源的LED吸頂燈

　　它的實(shí)測結(jié)果如下（圖8）：

　　圖8. 效率、功率因素和LED電流和輸入電壓的關(guān)系

　　b）HV9861A

　　最近美國Supertex公司推出了新款高壓降壓芯片HV9861A以取代HV9910B.它采用了均值取樣從而提高了恒流精度至+/-3%。它的電路圖如圖9所示。

　　圖9. HV9861A直接降壓式電路圖

　　這個(gè)電路可以驅(qū)動(dòng)21個(gè)1W的LED。其主要指標(biāo)如下：

　　其輸出LED電流以及效率隨輸入電壓的變化如圖10所示。

　　圖10. 輸出電流和效率隨輸入電壓的變化

　　因?yàn)殡娐分袥]有采用無源功率因數(shù)校正，所以功率因數(shù)比較低。這個(gè)電路也沒有采用為減小EMI所需的濾波器，如果加上這兩項(xiàng)以后都會(huì)降低其效率。

　　所有這些非隔離式電源因?yàn)樵贚ED負(fù)載上會(huì)觸摸到市電，所以有嚴(yán)格的安規(guī)檢驗(yàn)，盡管采用良好的絕緣可以滿足安規(guī)的要求，但是歐盟IEC 61347-2-13 （5/2006）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在LED負(fù)載端電壓不可超過25VAC或35VDC。所以采用非隔離電源是無法出口歐盟的。