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業(yè)內人士都知道，LED日光燈將成為新一代節(jié)能環(huán)保照明燈，但是現(xiàn)在全國每年頂多生產幾十萬支LED日光燈，而且大部分是出口，國內使用寥寥無幾，其實最主要的問題是價格問題，一個普通的節(jié)能熒光燈光十幾元錢就搞定了，而一根LED日光燈管得上百塊。所以目前的日光燈管主要是以商業(yè)照明為主。因為商業(yè)照明更多的會考慮到節(jié)能、環(huán)保、形象、政府方面支持等。

性能優(yōu)越的led日光燈照明方案

先來看一個LED商業(yè)照明方案，由臺灣數(shù)能科技專門針對LED日光燈商業(yè)照明上的難題，開發(fā)的一款高精度恒流驅動芯片NU501。LED日光燈商業(yè)照明解決方案的設計理念就是給LED一個適應的工作環(huán)境，充分發(fā)揮它本身的節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特性。

一、輸出驅動電壓選擇外置式集中供電電源

電源模塊采用外置天關48V或36V穩(wěn)壓供電（20W以內市電驅動時48V左右比較合適；較大的功率市電驅動輸出電壓36V左右最合適），另外在每并聯(lián)燈串上串聯(lián)一個NU501芯片，實現(xiàn)每路LED燈串電流恒流（也就是路路恒流的概念）。

特點：

基于串并聯(lián)安全考慮出負載合適的驅動電壓值,盡量統(tǒng)一電壓值減小電源設計規(guī)格成本；
基于安規(guī)規(guī)定，產品設計要符合認證要求,交流峰值超過42.4Vac或直流超過60Vdc的電壓；
從解決LED照明市場大規(guī)模上量的技術和品質問題考慮；

當輸出電壓在48V左右時，低壓差線性恒流器件恒流效率高達99%，恒流精度±3%以內，不受任何外圍器件影響；當輸出電壓在36V左右時，低壓差線性恒流器件恒流效率高達98.6%，恒流精度±3%以內，不受任何外圍器件影響； 就算在離線式照明部分，較低的電壓12V和24V，也分別有96%和98%的效率；功率大小效率是相等的。

圖1 36V直流穩(wěn)壓供電，NU501實現(xiàn)路路恒流電路圖

圖2 NU501路路恒流線路板實物圖

特點：最高效的驅動恒流架構；最高精度的恒流方式，受外圍器件影響最小；簡潔、方便、實用，可輕松實現(xiàn)調光！

AC-DC設計方面
　　
開關電源發(fā)展到今天是多年積累的結果，短期內AC-DC直接恒流不可突破；恒壓和恒流是矛和盾的關系，必須要分開考慮；恒流源負載調整率是1%（mA）/V，達不到恒流效果；想法越多成本越高，與風險成正比。可與開關恒流方式比較。
　　
特點：

要合理的利用現(xiàn)有的開關電源資源，是最經濟的；
恒壓和恒流技術結合是必然的 ；
在穩(wěn)定的產品技術上創(chuàng)意才是有效的；

二、散熱設計

1、最短的熱傳到路徑，減小熱傳導阻力；
2、增大相互傳導面積，增加熱傳到速度；
3、合理的計算設計散熱面積；

如果是用到燈光照明工程改造方面，如商場或辦公室用到的格珊燈（如圖11），可以直接把LED日光燈的燈條安裝在格珊燈支架上，以利用格珊燈支架散熱面積大來進行散熱，且無需另外開模具做個鋁殼外殼進行散熱，這樣大大節(jié)約了工程的成本，如圖3。

圖3 每5根0.6M格珊燈共用一個開關電源實物圖

三、商用照明電源成本節(jié)約

采用集中式外置電源（也就是多跟燈條共用一個開關電源），一般一個300W的外置開關電源零售價在100元左右，足可以帶一整條工廠流水線照明，或帶T8 0.6米8W燈管36根，平均每根電源模塊成本只有2.5元~2.8元。

探討：LED廠商需要做哪些事情？

現(xiàn)在LED日光燈產品質量參差不齊，有的連熒光燈的壽命都比不上，中看不中用。通過以上的方案介紹，我們知道隨著用戶對LED日光燈產品認識越來越深，LED日光燈廠家還需要解決以下幾個問題：

第一. 驅動電源的恒流驅動問題。目前大部分恒流源大都是總恒流（也就是多個并聯(lián)燈串共用一個恒流源，因為LED燈珠之間阻值的差異性，所以每串燈的電流大小不同，任何一顆LED燈出現(xiàn)故障，都會影響其它燈串的電流，這樣電流大的那些燈串光衰更嚴重，其使用壽命也會大大減短。）

第二. 散熱問題。這是LED日光燈管的使用壽命的核心問題之一。因目前各廠家大都跟風采用內置電源，以直接可以更換到熒光燈管支架上，這樣您的整個電源所散發(fā)的熱量和LED本身散發(fā)的熱量都在一個鋁外殼上散熱，并且都在日光燈管內，這樣的熱量怎么處理？

第三. 電源模塊中電解電容使用壽命問題？就算我們采用超長壽命電解電容，在高溫的情況下工作，它的壽命也無法與LED的壽命相平衡。但怎樣來提供良好的工作溫度，以達到最理想的使用壽命？
 
第四. 電源模塊的不穩(wěn)定性和產品安全性認證能否通過的問題？目前市場上大部分廠家采用的是高壓的非隔離方案，和高壓反擊式天關電源方案，因為內置體積十分有限（要放進燈管內），所以一般在設計時，很難把電源做到穩(wěn)定。并且目前各個國家對安全認證方面都比較嚴格，對于高電壓的電源供電的安全認證方面比較難通過。

其實以上問題最要主要的根源還是在內置電源所產生的！

下面我們對LED電源的內置與外置電源性能方面做一個探討

LED日光燈的電源分為內置式和外置式兩種。所謂內置式就是指電源可以放在燈管內部。這種內置式的最大優(yōu)點就是可以做成直接替換現(xiàn)有的熒光燈管，而無需作任何改動。所以內置式的形狀都是做成長條形，以便塞進半圓形的燈管中去。

1、內置電源

（a）非隔離式恒流電源

非隔離是指在負載端和輸入端有直接連接，因此觸摸負載就有觸電的危險。目前用得最多的是非隔離直接降壓型電源。也就是把交流電整流以后得到直流高壓，然后就直接用降壓(Buck)電路進行降壓和恒流控制。其電原理圖如圖4所示：

圖4 非隔離恒流源的電路原理圖

這種非隔離式電源的主要技術特點：從18V到450V的寬電壓輸入范圍，恒流輸出;采用頻率抖動減少電磁干擾，利用隨機源來調制振蕩頻率，這樣可以擴展音頻能量譜，擴展后的能量譜可以有效減小帶內電磁干擾，降低系統(tǒng)級設計難度;可用線性及PWM調光，支持上百個0.06W LED的驅動應用，工作頻率25KHz-300KHz，可通過外部電阻來設定。

非隔離恒流源的優(yōu)點是簡單、指標高，它的輸出電流可以按LED串并聯(lián)的個數(shù)決定。但是大多數(shù)情況下，它的輸出電流不能太大，輸出電壓也不能太高。例如264個小功率LED連接成22個串聯(lián)，12串并聯(lián)，每串20mA，一共240mA。體積也可以做得很小，通常是做成長條形的，以便放進T10或T8的管子里。假如每串的電流是30mA，12并就是360mA。在有些非隔離的電源中就無法實現(xiàn)，為了保持總電流240mA不變，就只能改成8串并聯(lián)。但假如LED的總數(shù)不變，就要求串聯(lián)的數(shù)目增加到33個。這時候總電壓就會增加到108.9V。但是通常這種非隔離恒流源的允許的最高輸出電壓是80V。只能維持原來的22串，這樣LED的總數(shù)就只能是176顆，即使采用30mA，其總流明數(shù)有可能不能滿足要求。

圖5 非隔離降壓式恒流源的外形照片

通常其效率大約在88-90%之間，功率因素大約在0.88-0.92之間。

然而這種非隔離電源也有一些局限性，因為非隔離的電源會把交流電源的高壓引入到負載端，從而引起觸電的危險。通常LED和鋁散熱器之間的絕緣也就靠鋁基板的印制板的薄膜絕緣。雖然這個絕緣層可以耐2000V高壓，但有時螺絲孔的毛刺會產生所謂的爬電現(xiàn)象，使得難以通過CE認證。

（b）隔離式恒流電源

隔離式是指在輸入端和輸出端有隔離變壓器隔離，這種變壓器可能是工頻也可能是高頻的。但都能把輸入和輸出隔離起來。可以避免觸電的危險。這種隔離式的日光燈電源原理圖如圖6所示。

圖6 隔離式LED日光燈電源原理圖

這種隔離式LED日光燈電源外形照片如下圖所示：

圖7 隔離式LED日光燈電源的照片

一般來說，由于加入了變壓器，所以隔離式電源的效率會有所降低，通常大約在88%左右。而且變壓器的體積也比較大。放進T10燈管還可以，但是放進T8的燈管就比較緊張。

點評：內置式電源的優(yōu)點和代價

內置式電源的最大優(yōu)點就是能夠直接替換現(xiàn)有采用電感鎮(zhèn)流器的熒光燈，而不需要拆去任何東西。現(xiàn)有熒光燈的電源分兩種，如圖8所示：

圖8 熒光燈電源電路圖

我們知道，最普通的熒光燈的起輝是采用一個串聯(lián)的鐵芯電感和一個并聯(lián)的起輝器(a)。

在直接替換時，只要拔掉起輝器就可以了。但是由于鐵芯電感仍然串聯(lián)在電路中，所以它仍然帶來將近6.4-10W的損耗，結果使得這部分的額外損耗大大降低了LED的節(jié)電功效。例如，本來一個18W的LED日光燈可以取代一個36W的熒光燈，不論采用上述非隔離式還是隔離式的電源，其效率至少為88%以上，那么其輸入功率為20.45W，現(xiàn)在還要加上這個額外的6.4W，使得輸入功率變成26.85W，其總效率也就降低為67%，如果采用某些國產的鐵芯電感，其功耗高達10W，輸入功率就要變成30.45W，使得總效率只有59%。這就使LED的節(jié)電效能大打折扣。

不僅如此，由于電源內置，電源的熱量也就加入到管內，假定電源的效率為88%，所以就有2.45W的熱量也要散去，假定LED本身的發(fā)光效率為30%，也就是有70%的電功率變成熱量，相當于12.6W的電功率變成熱量，現(xiàn)在還要再加上內置電源的2.45W的熱量，相當于增加了20%的熱量。使得LED的散熱又增加的一份困難，或者說，使得LED的使用壽命也更加縮短。其實所增加的這部分熱量還不至于縮短太多的壽命(20%左右)，然而把電源放倒管子里面，電源本身就要承受由LED產生的很高的環(huán)境溫度，這就大大降低了電解電容的壽命，也就降低了整個燈具的壽命。另外真正帶來的問題是使得散熱器的結構不能最佳化。這個問題才是更為嚴重的問題，會使LED壽命降低數(shù)倍之多。這將在以后做詳細的解釋。

假如原來采用的是電子鎮(zhèn)流器(圖8b)，那么直接替換所產生的問題就更麻煩了。因為這時候加在日光燈兩端的是一個高頻高壓。必須先用整流器變成直流高壓，再用降壓恒流源去驅動LED。這時候的效率將變成前面電子鎮(zhèn)流器的效率和后面的降壓恒流源效率的乘積，就可能連70%都不到。

2、外置電源

為了得到最高的性能最好采用集中式外置電源。因為目前推廣LED日光燈的主要場所是政府機關、辦公室、商場、學校、地下停車庫、地鐵等場所，往往一間房間采用不止一個日光燈，可能在10個以上。這時候就應該采用集中式的外置電源。所謂集中式是指采用一個大功率的AC/DC開關電源，統(tǒng)一供電，而每個日光燈則采用單獨的DC/DC恒流模塊。這樣可以得到最高的效率和最大的功率因素。

圖9 集中式外置電源

現(xiàn)在大功率的AC/DC開關電源的效率很容易做到95%,功率因素可以做到0.995。而降壓式的DC/DC恒流源的效率也很容易做到98%。這樣總效率可以做到93.1%。這時的性能可以做到最高。

集中式供電的優(yōu)點是顯而易見的。而且，它還是一種隔離式電源，在燈管處沒有220V高壓，只有低于36VDC的直流低壓，也是符合安全使用的條件。

另外，這種結構也很容易實現(xiàn)各種調光方案，例如手動調光，光敏調光，只要把調光控制信號送到各個DC/DC恒流模塊就能實現(xiàn)。其具體的方框圖如圖10圖11所示。

圖10 手動調光日光燈系統(tǒng)


圖11 光敏調光日光燈系統(tǒng)

說完電源，最后我們探討下結構

按說，LED日光燈既然稱為日光燈那么它的結構一定就是熒光燈的模樣，連長短、粗細也都一樣，甚至稱呼也是T10、T8、T5，也都一樣，也就沒有什么可以討論的了。其實則不然。LED日光燈在這方面走了很多彎路，是值得大書特書的。

半塑半鋁管，在發(fā)現(xiàn)了散熱問題以后，就想到采用半塑半鋁的方案(圖12)：

圖12 半塑半鋁燈管

在需要透光的那一半采用塑料，在不需要透光而需要散熱的那一半就采用鋁合金。電源當然是放在鋁管里面。看來問題似乎是解決了。然而因為LED日光燈的功率通常在20W左右，它的發(fā)熱量還是相當大的。半根鋁管并不能解決它的散熱問題。所以又提出另一種散熱的鋁管結構。

它把電源放到管外，從而可以把半邊鋁殼完全做成散熱器。扇骨形鋁管采用扇骨形狀的散熱結構，大大增加了散熱器面積。相對于半圓形的鋁管來說，它的散熱面積至少增大了3倍以上。再加上電源不放在管內，又可以減少熱量，這就大大延長了LED的壽命。

（b）半骨型鋁管

總而言之，技術方面LED電源設計是一個影響性能的關鍵因素。LED日光燈商業(yè)照明解決方案的設計理念就是給LED一個適應的工作環(huán)境，充分發(fā)揮它本身的節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特性。LED廠商應該時刻了解用戶的需求，在做好產品的同時，多增加一些創(chuàng)新性的元素。畢竟目前LED大的市場還是商業(yè)用途，可開發(fā)的市場空間很大。