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
         270w=24v ×11.25a
  • 工作电压12v时 电流转换器输入电流
        270w=12v×22.5a


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。
宝威体育app官网的解决方案:

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

ppsu 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。