LED八個質量標準你達到了嗎?詳解LED照明如何選擇正確的恆流模塊

　　LED八個質量標準：

　　國家標準化管理委員會在2009年年底發布的八項LED國家標準包括——

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/367458.htm

　　GB/T 24823-2009普通照明用LED模塊性能要求、

　　GB/T 24824-2009普通照明用LED模塊測試方法、

　　GB/T 24825-2009 LED模塊用直流或交流電子控制裝置性能要求、

　　GB/T 24826-2009 普通照明用LED和LED模塊術語和定義、

　　GB/T 24827-2009道路與街路照明燈具性能要求、

　　GB 24819-2009普通照明用LED模塊 安全要求、

　　GB 19510.14-2009燈的控制裝置第14部分：LED模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求、

　　GB 19651.3-2008雜類燈座第2-2部分：LED模塊用連接器的特殊要求。

　　LED國家標準之GB24819-2009普通照明用LED模塊安全要求

　　該項LED國家標準於 2009年11月30日頒布，2010年11月1日開始實施。俞安琪介紹說，該標準等同採用IEC62031 2008.按安裝方法，模塊分為整體式、內裝式、獨立式，這與GB19510系列燈的控制裝置分類原則相同。該標準主體條款基本引用GB19510.1和 GB7000.1標準，其最大的特點是採用了IEC62471 2006燈和燈系統的光生物學安全性標準。這是因為考慮到LED照明產品可以進入室內，可能會在較近距離內被直接看到，所以提出了保護眼睛的要求，而此前採用的是IEC60825雷射器件的標準，並不適用。

　　LED國家標準之GB/T24823-2009普通照明用LED模塊性能要求

　　該LED國家標準有幾個特點：一是功率因數要求符合宣稱值，實測值不得低於宣稱值的0.05;二是諧波應符合GB17625.1的要求。值得提醒的是，以上兩項只適用於自鎮流 即直接連接電源 的LED模塊，其他的由驅動器承擔。另外，標準規定無線電騷擾（EMI）特性應符合GB17743的要求，但也只有直接連接電源的LED模塊需要進行「電源端子騷擾」檢測，其他的也由驅動器承擔。只有當驅動LED的電流頻率大於100Hz時，才進行「輻射騷擾（包括9KHz~30MHz和 30MHz~300MHz）」。同時，電磁兼容抗擾度（EMS）應符合GB/T18595的要求，但也只有直接連接電源的LED模塊需要進行「抗脈衝群」 檢測，其他的LED模塊仍由驅動器承擔。標準還要求，一般應該進行「抗靜電放電」試驗，但只對使用在具有射頻幹擾或者工頻幹擾場合的LED模塊進行以上試驗。這一標準的光學性能參數按GB/T24824進行。

　　LED國家標準之GB/T24824-2009普通照明用LED模塊測試方法

　　該LED國家標準主要參照CIE127 2007標準，其檢測方法重點是：監測被測LED模塊指定溫度測量點溫度的要求。俞安琪說，這是因為其他光源在保證電源穩定的前提下，保證光源的環境溫度的穩定，就能得到良好的檢測結果的重複性。但是，LED僅保證環境溫度穩定是無法得到良好的檢測結果的重複性，因此對溫度測量點溫度提出了要求。

　　對於光、色、電性能參數檢測方法，標準規定：試驗或測量時LED模塊應工作在熱平衡狀態下，在監視環境溫度的同時，最好能監視LED模塊自身的工作溫度，以保證試驗的可復現性。如可能監測LED模塊結電壓，則應首選監測結電壓。否則，應監測LED模塊指定溫度測量點的溫度。由此可見，監測結電壓是首選。

　　工作時需要外加散熱器（包括主動製冷）時，應監視和控制LED模塊自身的溫度，因為LED的熱沉與散熱器的接觸面不可能很好地保持熱阻一致，所以監視和控制LED模塊自身的溫度，才能保證檢測重現性。採用監視和控制LED模塊自身的結溫來進行檢測，即監視結電壓的條件下來測量光、色、電參數是保證檢測重現性的首選方案。

　　LED證明恆流電路設計與分析：

　　恆流驅動模塊能夠帶多大的功率啊？這種問題實際上是無法回答的。因為恆流模塊能夠帶多大的功率是和很多因素有關。從恆流模塊本身來說，它主要是和散熱要求和散熱條件有關，當然也和驅動晶片的電流驅動能力有關。然而即使這些都已經確定下來，例如已經選定了SLM2842這一款恆流模塊，那麼他的驅動能力似乎應該完全確定了！其實不然！雖然它的極限驅動能力是可以知道，例如它的最大開關電流，它的最大輸入電流，它的最大輸入電壓和最大輸出電壓等。然而，一個恆流模塊的驅動功率除了和它的散熱能力有關以外，最主要的還和它的工作效率有關。而它的工作效率則和很多外在的因素有關，尤其是用戶使用情況有關。所以在設計或選用LED模塊的時候就要考慮恆流源的要求和特點。

　　一、LED連接架構

　　在設計和選用LED模塊時就需要考慮一些和恆流模塊和其他有關的要求。

　　1、串聯的LED數應當少於10個，這是因為作為LED燈具，有一個安規上的要求。根據歐盟IEC61347-2-13（5/2006）標準，針對採用直流或交流供電的LED模塊要求在LED燈具中的電壓不得超過最大安全特低電壓（SELV），也就是其工作輸出電壓≤25Vrms（35、3Vdc），所以串聯的LED總數不得超過10個。

　　2、作為路燈，為了修理更換方便通常採用LED模塊，每一個模塊通常設計成長方形，恆流模塊也設計在其中。建議每個模塊的功率小於30W.這樣，在100W左右的路燈採用3-4個LED模塊，而150WLED路燈，則採用5-6個LED模塊。再大功率則可以用7-8個模塊。

　　3、在每個LED模塊中，通常採用1W的LED，其連接方式為串並聯方式。假如LED有保護二極體，那麼可以先串後並，假如沒有保護二極體，那麼就要先並後串，以免一個損壞一串都不亮。

　　4、具體用幾串幾並，就要進一步了解恆流模塊的性能和特點了。

　　二、恆流模塊的性能和特點

　　普通的穩壓電源是在負載變化時，輸出電壓不變。而恆流模塊是一種在輸入電壓變化時保持輸出電流恆定的一種電源。在使用前，必須了解它的各種特點。

　　1、電流的設定：一般恆流模塊的輸出電流都可以在很大的範圍內根據用戶的要求來調節，只要簡單地改變一下輸出電流設定電阻就可以了。

　　2、類型：恆流模塊有升壓型、降壓型和升降壓型三種。選擇哪一種完全是由所要求的輸入電壓和輸出電壓之間的關係而決定的。但是如果從得到最大效率的觀點出發，那麼就應該選擇降壓型。降壓型就是輸入的電壓比較高。所以輸入的電流就比較小，這樣由銅損所引起的損耗就比較小，而降壓型的恆流模塊通常有較高的效率。所以，也一定要把負載中串聯的LED數目儘量減少，以便能夠採用降壓型的恆流驅動模塊。

　　3、輸入電壓和輸出電壓的關係

　　不管是升壓型還是降壓型恆流模塊，其升壓比或降壓比都是越接近1時效率越高。當然也不能等於1，而必須留出2-3V給恆流模塊消耗。而這完全是由路燈的整燈設計所決定的。所以在進行路燈的總體設計時就必須考慮這個因素來選擇電源電壓和負載串聯的LED個數。而不是設計好了再來要求恆流模塊必須提供多高的效率。

　　4、調光能力：恆流模塊通常都具有調光能力，而且這種調光能力並不是簡單地調節其輸出電流，而是採用一種稱之為脈寬調製（PWM）的調光方法，它利用了LED的快速開關能力和人眼的視覺殘留，使得看上去的亮度發生了變化。從而避免了因為調節電流而產生的色譜的變化。這種調光能力在路燈設計中是非常重要的，因為利用這種性能可以使路燈的亮度根據交通流量來變化，從而進一步實現了節能的目的。

　　下面我們分太陽能LED路燈和市電LED路燈兩種情況來討論。

　　三、太陽能路燈

　　太陽能LED路燈的最大特點就是它通常是由蓄電池供電的，而蓄電池有一些特點是需要考慮的：

　　3.1蓄電池只有幾種規定的電壓，12V是最常使用的，因為它是汽車電池的標準電壓。24V就需要用兩個串聯。36V就更少見了。為此，在太陽能LED路燈中經常需要採用升壓型的恆流驅動模塊。這就影響了恆流模塊的效率。

　　3.2在太陽能路燈中另一個需要考慮的問題是輸入電壓的變化

　　對於恆流源的輸出功率和效率來說，要得到最高的效率就要保持輸入和輸出電壓的比值越接近1越好。但是如果輸入電壓不穩。那麼就很難保持在最高效率的最佳狀態。太陽能LED路燈系統通常採用蓄電池作為能量儲存單元。而蓄電池在剛充滿電和快放完電的時候電壓會有較大的變化。通常這種變化超過30%以上。例如對於12V的蓄電池，其輸出電壓可以在14、8V變化到10、8V.當然對於恆流模塊來說，這樣的變化是完全可以承受的。也就是完全可以在這樣大的變化範圍內保持其輸出電流的恆定。但是這也是有代價的，那就是不能工作於最佳狀態。所謂最佳狀態就是指效率最高的狀態。或是輸出功率最高的狀態。

　　對於恆流模塊來說，不管是升壓型還是降壓型，只有當輸出電壓最接近輸入電壓的時候，效率最高。通常輸出電壓是由負載決定的，是很少變化的。所以當輸入電壓在一個範圍內變化時，它的效率也跟著變化。為了保證在最壞情況下也能工作，就不能工作在最佳狀態了！

　　例如對於SLM2842S升壓型恆流模塊，假如輸出功率為27瓦，那麼升壓比越接近1，效率就越高！晶片的溫升就越低！壽命和可靠性也就越高。

　　從圖中可以看出，晶片封裝也是很重要的，採用QFN的晶片封裝顯然好於採用TSSOP的晶片封裝，因為它的熱阻要低很多。所以在購買模塊時也要了解所採用晶片的封裝（儘可能採用QFN封裝的，儘量不要採用TSSOP封裝的）。

　　現在舉一個具體的例子來說明：假如太陽能LED路燈採用的是12V蓄電池，負載是8串3並1W的LED，那麼在輸出端負載的電壓大致是26、4V，電流是1、05A，輸出功率為27、7W.而假如採用12V蓄電池，在電壓最高的時候是14、8V，升壓比就是1、78，那時候不用散熱器用QFN封裝時外殼溫度大約是60度。還可以接受，但是當蓄電池電壓降低至10、8V時，升壓比就變成2、44倍，這時候外殼溫度就會升高到70度以上，而假如採用的是TSSOP封裝，那麼外殼溫度更會上升至85度左右，就是不能允許的了！

　　除了要考慮外殼溫度以外，還要考慮最大輸入電流。因為SLM2842的最大輸入電流為3A.在計算最大輸入電流時，要考慮恆流模塊本身的效率。現在假定是90%，同時假定輸出功率是32W，除以0、9就是35、5W，而當輸入電壓為14、8V時，輸入電流為2、4A，沒有超出允許的3A;可是當蓄電池電壓降低至10、8V時，輸入電流就達到3、28A，這就超出了3A，晶片就會自動停止工作。

　　所以假如不考慮蓄電池的電壓變化是很危險的設計！

　　那麼是不是可以採用2個蓄電池串聯呢？在這裡也是不行的，因為這樣的話，輸入電壓剛好和輸出電壓相同，都是在24V左右。這時候就必須採用升降壓型的SLM2842SJ.

　　升降壓型的恆流模塊的特點是不論輸入電壓如何變化，使得其低於或高於輸出電壓時，其輸出電流都不變。也就是說它可以自動地根據輸入電壓和輸出電壓之間的關係自動地從升壓變為降壓。例如，升降壓恆流模塊SLM2842SJ可以在輸出電流為1A，輸出電壓為13V時，輸入電壓從7、5V一直升至25V都能保持輸出電流為恆定的1A.那麼是不是所有情況下都儘可能採用升降壓型呢？不是這樣的，因為升降壓型的輸出功率比較小，而且它的效率低，價錢貴，不是必要情況下儘量少用。

　　那能不能用三個蓄電池串聯，而採用降壓型的恆流模塊呢？理論上是可以的，這時候還可以得到更高的效率，但是因為三個蓄電池串聯有可能會用了過大的容量（安時），而且增加了成本，增加了維護時更換蓄電池的機率。總體上是不合算的。

　　所以對於太陽能LED路燈的設計，可以歸納如下：

　　如上所述，3個蓄電池串聯是不建議使用的，所以假如總功率大於60W，那時候太陽能電池板的尺寸也會過大而抗風力降低，所以建議採用可調光控制器，以儘量減少亮燈時間和亮度。這樣可以節約大約40-50%的容量。這樣，仍然可以採用2個12V蓄電池串聯的方案。

　　四、市電LED路燈

　　在市電的情況下，當然最好是採用AC-DC直接恆流輸出的方案。

　　但是這種方案大多數只能提供小功率輸出（《40W）目前只有美國的PowerIntegraTIon公司的TOP250YN才能夠提供75W功率輸出的方案。但是其電路十分複雜，價格貴，而且靈活性低。

　　國內的茂碩公司雖然也提供直接恆流輸出的電源，但是通常只有單路輸出。如果要多路就必須定製（路數和每路電流）。一方面提高了成本，而且將來要有任何變動都將是十分麻煩的事。

　　所以在市電的情況下最好先用恆壓電源穩壓然後再採用多個恆流模塊恆流。這樣做的最大好處就是可以在各種不同的LED連接架構下得到最高的效率。因為可以任意選擇恆壓源的輸出電壓而達到最佳的匹配。而且靈活性高，很容易改變其組合。

　　市電的恆壓源是一種非常成熟的產品，它通常具有如下的優點：

　　1、輸入電壓範圍寬，可以適用於各國不同的電壓規格。

　　2、效率高，通常可以做到90%以上。

　　3、功率因素高，通常可以做到0、99以上

　　4、具有防浪湧措施，可抗雷擊4kv以上，可以保護後面的電路。

　　5、具備完善的過流，過壓，短路，過功率保護功能

　　6、成本低

　　7、最大的優點是很容易選擇其輸出電壓以便和負載電壓接近從而得到最高的效率

　　下面就來舉一個例子：

　　這是一個LED功率為112W的路燈，LED模塊分為4組，每組為7串4並，28W.

　　我們採用了香港煒達電子公司的150W，輸出28V的市電穩壓電源VP28SA150U.

　　因為負載是7串4並。其電壓為23-24V左右，所以選用了輸出為28V的開關電源，這樣就可以採用降壓型的恆流源。而且因為其輸出電壓十分接近輸入電壓，從而可以實現很高的效率。實測的結果為從輸入到輸出的總效率為90、9%，功率因素為0、996.

　　而且這種恆壓和恆流分開的方案的最大優點是可以插入程序調光系統。這樣可以進一步節約電能40%以上，這是任何直接恆流輸出方案所無法實現的。

　　而且這種方案又可以配合各種不同的LED連接架構。例如假定LED為10串3並。那麼只要把上面圖中的穩壓源的輸出改為36V，其他一切都不變就可以了。這時恆流源本身的效率可以高達98%.

　　總而言之，LED路燈設計人員，必須對各種恆流電源的特性有充分的了解，才能設計出高性能、高可靠的路燈系統來！