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LED电源应用于LED路灯时注意的事项及发展方向

文章出处:8gled.com作者:格烁光电发表时间:2018-07-24
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全球人类正在努力改变地球温室效应带来的影响,节能减排呼声高涨。当今可称为节能“长寿命”项目的焦点产品“LED路灯”成了节能照明产业的“宠儿”。据高工LED产业研究中心的调查显示,2009年“十城万盏”的21个试点城市中,已经安装的LED路灯(含隧道灯)大约为22.2万盏。其中潍坊3.5万、武汉2.8万、重庆2.5万、扬州1.5万,四座城市的装灯量之和为10.3万,占总量近一半。2009年多数城市仍处于工程试点阶段,预计两年内将大规模铺开。

但我们要清晰的认识到,当大家都在宣传LED的长寿命时,忽略或避开了另一个决定LED灯具寿命的关键问题:那就是LED驱动电源的质量。

对此,笔者对影响LED电源质量的关键部分进行了浅议的的分析,供大家参考!

LED电源的寿命:

由于LED灯具不同于传统灯具,传统灯具中除部分功率转化为光能外,绝大部分功率都转化为红外辐射能量辐射到灯具外部空间(就类似于浴霸灯一样),而LED是半导体发光,其除部分功率转化为光能外,绝大部分功率都转化为热能,这些热量只能借助与芯片紧密结合的灯体散热。

商家为了灯具产品结构的整体优美,往往把电源与LED灯体结构紧密设计在一起,LED的发热与电源的发热叠加,这样电源和LED光源都处在恶劣的工作环境中,当工作环境的温度超过一定的温度时,电源及LED的寿命大打折扣。电源内部设置温度保护时会出现反复开关灯的现象,不设置温度保护又会引起高温损坏电源器件及加速LED的光衰。

LED电源属于开关电源,开关电源的质量与可靠性取决于其电路设计,生产工艺,及器件的质量。电解电容是大功率开关电源中必不可少的组成部分。

而开关电源的正常工作寿命要取决于电源所使用的电解电容的寿命,电解电容的寿命又取决于电容本身的寿命及工作温度。

电解电容在不同的温度下其工作寿命差异很大。

就拿国外某著名品牌电解电容为例:

其通用-40℃ -- +105℃规格电容寿命保证值是(在105℃满负载条件下)4000小时。如果我们设计时电容纹波电流负载值最大使用到85%,则:按其提供的寿命估算公式

电容温度65℃时的寿命只能保证约8万小时;

电容温度75℃时的寿命只能保证约4万小时;

电容温度85℃时的寿命只能保证约2万小时;

电容温度95℃时的寿命只能保证约1万小时;

从以上的推算:电解电容温度每上升10℃,寿命将会减半。

电解电容器的工作温度示意图;

电源自体温升:电源设计的比较好的功率器件温升在25-30℃左右,设计的比较差的温升大于35℃,户外LED电源要求防水,需采用密封式的外壳,为了防护等级的提高厂家要求灌胶处理,不同的胶体材料价格成本不一样,导热性能也不一样,廉价胶导热性能差,且需高温烘烤,往往会造成元器件不同程度的隐形损伤及紧束拉伤,留下隐患。(散热处理的不好使得壳体内电解电容工作环境如同保温瓶,温度积累无法散出)。

灯具自体温升:由于LED产生的大量热本身就依靠壳体来散热,合理的设计其LED灯具 壳体温度约20℃-25℃间。 即:在室温25℃工作条件下,灯具壳体温度约 45℃-50℃左右。

灯具工作环境温度: 部分地区夏季夜晚户外地表温度高达40℃,甚至更高。

综合以上应用条件:恶劣环境下电容工作环境温度会大于95℃。 也有人提出是否可用陶瓷或固体电容,但以目前的电容技术这两种电容都无法做成高压大容量。 当然,好鞍需配好马,使用长寿命的电容并不一定就能保证电源寿命 要提高电源寿命就需要从多方面来改善:

使用较高寿命的电容,提高电源效率,优化电源的散热设计,优化灯具的散热设计。

诸多灯具企业为了考虑灯具设计的紧凑以求降低重量,要求将电源体积做的小巧并安装在密闭的空间里,其电源的散热条件受到限制。因此高的效率,小的体积及更好的散热设计是电源面临的挑战。

电源与灯具的配套及量质问题:

由于LED照明是新兴的产业,目前还没大面积普及/民用化,主要是一些工程试点应用同时没有可以依照的行业标准,每一家设计的灯具所需求的电源在结构/电气上都不一样。 多数中国企业的习惯是在产品研发的初期没让配套供应商参入,而是在产品设计完成后再去找能配套的供应商,同样多数LED灯具企业在灯具设计初期没有跟可以合作的电源厂家沟通与合作,而是按自己的想法或仿照某一同行的做法在LED基板及结构设计完成后才考虑电源的问题。往往会找不到合适的/质量合格的电源,同时这样一来交期都赶得非常紧。

因此造成LED电源的现状是: 需求批量小,品种多,通常是几百到几K,无法像传统电源几十k----上百k的生产。各家需求的电气/结构通用性差,无法大批量生产,基本都是定制品,无法提前备料/备货。 LED工程交期短,大部分电源为满足客户要求需要临时设计/更改设计,造成材料采购周期短/生产工艺不成熟,从而导致电源成本的急剧上升,及质量的不稳定 。

所以,将LED电源标准化从而提高通用性,降低成本,以批量化生产提高质量是大家努力实现的方向目标。

目前市面上的LED电源质量层次不齐。多数做传统开关电源的厂商开始尝试做LED电源,但毕竟LED电源目前的使用条件与传统消费电子的电源使用条件与要求要恶劣很多,同时在高效率的LED电源中需要一些新的电源技术。不少电源厂商及灯具厂商开始都没注意到这些,从而在电源上栽跟头的也不为少数。

同时一些小公司其受专业技术的限制而采用仿照其它家的设计,延续别人犯过的错误,没有创新。为追求低成本高利润,采用低成本的材料,省略生产工艺,在设计质量/生产质量/材料质量方面如没有可靠的质量体糸保证。其生产的电源在可靠性及寿命方面远达不到目前LED灯具的需求。

目前初步了解国内在大功率LED电源市场上质量处于中高端及市场占有率较大,同时口碑较好的有以下品牌:茂硕,英飞特,慧华,明纬,台达 等LED应用产品电源 。

茂硕,明纬,台达,等是传统品牌开关电源的制造商,在生产规模及工艺方面有较大的优势茂硕的一系列恒流恒压LED大功率电源。茂硕电源为了保证电源的高可靠性的长寿命,采用世界一流品牌的电子原器件。特别是电源寿命的短板----电解电容,采用的是日本原装,军工级别的105℃。高可靠、高效率、长寿命特性来源于60%的军工电源设计,30%的原材料和10%的生产制造工艺和一流的检测实验设备。关键是公司技术人员走访一线用户共同探讨宣传电源的合理应用,不同分路和最优线路组合方式,帮助其灯具设计工程师拿出解决方案。

英飞特,慧华,是专业LED电源的设计制造商。在LED电源技术及整体LED解决方案方面有各自独到的优势。

上述厂商都有较强的技术研发实力,都有完整的规模化生产线及完善的生产检测设备。

LED路灯发展方向

本人经历了近20年的照明行业洗礼,对当今年轻的LED诸多照明企业的涉世不深,深表担忧。客观的认为业内90%LED户外照明应用产品厂商的误区随着产业发展的大浪淘沙,老板们的辛苦积蓄将会付之东流。多次和诸多电源厂商和灯具外形结构设计技术人员的沟通和多次媒体的呼吁中,主张建议从路灯照明的要求上需真正认识到户外灯具制作的真蒂。企业的设计人员应该在实际的路面去研读常规照明的精髓,现今一些LED路灯如安装跳臂低于10℃可行吗?与常规路灯的效果有差异吗?道路照明不单单是为了照亮路面,起引导作用才是明智之举。比人一直认为灯具是有思想有艺术的,常规照明灯具受光源的特定条件限制还在努力往“白天观景,夜晚观灯”的方向发展,作为第四代光源的LED最具优势。

LED半导体照明应用产品的光学配光,也是当今业内关注的技术,特别是LED路灯的配光。因为是点光源的特殊性,从封装的一次性到透镜的二次配光,不同高度到间距的差异及材料的光衰减处理,是要求较高的技术。广东宏磊达光电科技有限公司在光学配光设计这方面的技术优势较好,并具有一定的生产规模,封装支架及应用产品的透镜设计生产占据国内分别为60%、30%的拥有量。我个人认为在LED路灯应用产品的光学配光上的发展,应向三次配光方向发展,功率变化达到光学配光目的。

走标准模块化设计一定是LED路灯发展的方向,而且是电源和灯具模块小型一体化,这样不但规避了大功率电源的诸多风险,而且小功率电源的元器件采用陶瓷贴片,特别是电解电容器可以选用陶瓷电容,可靠性更具保障,模块化的关键是要转嫁售后服务。有着多年照明经验的跨国企业飞利浦、欧司朗都在用心地朝着模块化发展,而我们国内一些企业还执意的在误区中游荡。

标准模块化结构

某直辖市路灯界有经验的权威人士表露,当今业内的一些LED路灯产品我们不会轻易使用。其看法是:

1).重庆代孕-【助孕好帮手p86M】宝宝频道整体式产品维护是个问题,路灯维护是在高架车上进行,现今产品我们的维修人员技术难以现场维修,产品的重量从高空作业的拆换到路灯单位存放的过程,10%的故障可能会变为50%的损坏率。

2). 模块式的灯具发展是个方向,路灯部门是要考核亮灯率的,如果整灯中有一个模块出现故障还不会影响很大,维修时间可以有空间,而且维修人员可以方便更换,整灯故障就必须要求一定的时间内即时更换。

3).灯具需具备外壳的防护,外壳的安装需具备没有螺丝固定,维护拆卸方便,要具备防风阻要求。

4).现今LED路灯的重量对改造更换路灯造成原灯杆负重的问题。

5).当今影响LED灯具寿命的主要故障率在电源,而现今没有通用的更换性,需要完善。

深圳亮化环境管理中心负责人对当今LED路灯的的感言:“在寿命问题没有很好解决之前,企业应否大规模推广市场?目前的业绩是否会变成几年后的包袱?对企业来说,加大研发力度+可控范围内的示范和推广是否更可行”。

总结

对路灯来说寿命和光衰减远比节能更重要!而影响LED应用产品寿命的70%因素来自于LED电源,目前真正做到完美可靠的电源产品还不多,这就需要政府、企业能重视产品的研究与开发,只要技术人员能坐下来,脚踏实地得从事设计工作,在国家标准的完善制约下,相信规范化可靠性好的LED应用电源产品指日可待。

作者:徐连城


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