定电压LED电源搭配定电流(DC to DC)转换器驱动LED注意事项

随着绿能省电概念的普及,LED照明也越来越受民众接受,但设计者对于如何挑选合适的LED驱动器仍然是一知半解;希望藉由本文让设计者能更了解使用定电压LED电源搭配定电流(DC to DC)转换器来驱动LED要注意的事项。

在进入主题之前,先介绍一下目前常见的LED灯具电路驱动设计有以下三种搭配模式:

1) 直接驱动 : COB LED模块接定电流LED驱动器,灯具的亮度及电流由LED驱动器控制。为目前市场主力,大多是高效能高功率灯具应用

2) 灯条内建简易限流电路:12V或24V LED灯条搭配定电压电源使用,灯条上电流由电压与LED之间的电阻或简易晶体管限流电路决定,大多用于间接照明与小功率直接照明应用。
3) 外加或内置电压:电流转换器使用定电压电源,中间利用定电流输出的电压-电流转换器,输出定电流到LED 模块上,电流主要由中间的电压-电流转换器(DC to DC)控制。类似分配式电源应用,一个较大功率的驱动器提供能量,后级电压- 电流转换器限制LED电流。

第三种方式- LED驱动器搭配主动式电压-电流转换器较有可能发生匹配问题。以下即探讨定电压电源搭配电压-电流转换器(DC to DC)来驱动LED模块时需要注意的事项。

电压-电流转换器:

一般常用在LED限流的直流转换器架构有三种,升压式(boost)、降压式(buck)或是 升降压式(buck-boost)。无论何种转换器,其输入电压允许值都具宽范围特性,当输入电压在一定区间内,转换器都会将输入功率转换成特定的输出值。当输出负载为稳定状态时,输出入的功率都会在一定值,固定功率的概念为高输入电压低输入电流,低输入电压高输入电流,输入功率公式如下 :

使用电压-电流转换器(DC to DC)可能出现之问题:

市售直流输入的长条形灯管或小型聚光灯成品,通常内部会含有类似明纬LDD系列或LDH系列电压-电流转换器,此类灯具产品外部通常只会标示一个标准输入电压(例如输入:24VDC),但实际工作的电压范围远比规格标示上的宽。

图一 小型聚光灯

以LDD-350H的规格来解释说明,LDD-350H的输出电流为350mA,输出与输入电压范围分别是: 输入9~56VDC,输出2~52VDC。实际输出电压由LED负载决定,而输入电压只要是比输出电压高3V都是可操作范围。意思是当LED顺向偏压是9V,则LDD-350H输入在12~56VDC范围都会正常工作。

图二 LDD-H规格

由于实务上因为24V电压电源较为普遍,很可能在该灯具目录上会建议搭配24V电源来使用,在信息不完整情况下,有可能会造成系统组装者误判,并发生电源搭配性问题,此类问题与输入开机时的瞬时有关,可能的现象是开机失败或开机时灯具闪烁,以下针对问题做更详细说明。

状况一:定电压电源供应器可供应的电流不足

主因为电流转换器启动电压低于前端电源供应器的额定电压,当在低压启动工作下,电流转换器需求电流高于电源可输出电流值。以图三为例,输出端灯条每条上的LED电压电流是9V/1A,30条并联时总输出就是270W。如果灯具或转换器输入电压标示为 24V 输入,一般人可能会选 24V、大于300W的LED驱动器,比如说HLG-320H-24。

图三 装配示意图

HLG-320H-24规格书显示其最大输出瓦数是320.16W,最大输出电流是13.34A。如果单依规格来看,用于驱动此灯具似乎没有太大问题,但实际状况是当电流转换器后端接的是9V的LED时,降压式转换器会在12V输入时就会启动,因为驱动器从开机到输出升到正常电压需要一定时间,若转换器的输入点低又无软启动机制(输出功率由低至高渐增),有可能在HLG-320输出从0V升到24V的过程中,转换器即开始全输出工作,此时因需求电流高于HLG-320H-24所能供给,因此PSU输出会被拉低并中断,灯具则可能闪烁、亮度偏低或完全无法开机。

电流转换器在24V与12V时的输入电流如下时,需高一倍的输入电流以维持预期的输出规格。

-工作电压 24V 时 电流转换器输入电流

-工作电压12V时 电流转换器输入电流

图四 DC/DC 在不同输入电压下工作状况

图五 HLG-320H规格

状况二:定电压电源实际输出电压不在工作范围内

以图六为例,当LED规格是6V/20A时,降压式转换器可能在9V以下就开始工作。如电源AC开机后来不及升到正常电压,转换器即开始全功率输出,即使电流仍在电源可接受范围内,但因电压已低于最低工作范围,电源无法稳定工作,会进入打嗝模式重新启动。此时,灯具虽短暂点亮,但因电源无法稳定工作会进入反复闪烁状态,直到电压升到可工作区间 (>12V)。

图六 9V即启动,HLG-320H来不及升到正常电压,会进入重启模式

图七 HLG-320H-24工作区间及DC/DC工作曲线

由上述二例可知,问题主因是电流转换器(DC/DC)实际启动电压低于灯具外部标示,当进入低压启动,电源可能无法在正常工作的条件下运作而产生问题。

解决方案:如灯具出现此问题时,可以下列方式解决:

一 ) DC/DC Soft Start or Delay Start

使用具软启动的转换器,在启动初始时,DC/DC会渐进式的提升输出入功率,此机制可避免inrush current并有助于前端电源顺利升压至正常输出电压。

二) 使用DC Switch 或 具Dim Off的转换器

在PSU 电压成功建立前(@230VAC < 0.5sec),DC/DC 可先以Dim off 方式关闭或在前方加DC switch切断电源输出至DC/DC的回路,当电压成功建立后再开启DC/DC,可确保电源是操作在正确条件下。

图八 使用DC Switch 或 转换器附带的Dim Off 功能

三) 增加输出电流

增加电流可藉由直接增加瓦数,比如说HLG-320H-24换成HLG-480H-24,或是换成低压(高电流)同功率产品,比如说 HLG-320H-24 (13.34A)换HLG-320H-12 (22A),必须注意选用的电压必须是在电压-电流转换器的输入范围内。

四) 询问明纬修改可能性,增加瞬间功率输出功能

部分产品可以提高瞬时输出电流,或是放宽过电流保护范围,在开机后,电流必须回到电源的额定值内。搭配性问题需要依系统需求及状况解决,如客户有遇到类似问题,建议先确认LED及DC转换器的规格,再向明纬服务人员咨询合适的产品。

明纬LED电源超过2,000种机型,单机最高达1000W,系统电源可达25,000W,单一的应用或是大规模的灯具系统皆有对应的解决方案。(来源:明纬电源/蓝桦)

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