基于明纬开关电源LED电源解决方案

1. 如何选择明纬LED电源供应器?

　　a. 依客户系统需求与应用方式决定适合的瓦数，包含欲设计之功率安全余裕度，并考虑系统之驱动方式设计。利用明纬电源供应器「直接驱动」LED灯具，选择要点可参阅问题(2)与(3)。利用明纬电源供应器，搭配恒定电流源之LED驱动IC，以达到更精确的定电流驱动，选择要点可参阅问题(2)与(3)。

　　b. 确认LED电源供应器的工作环境，以选用合适之防水防尘(IP)等级，或是合适的机型结构(金属壳、塑料壳、PCB式)。

　　c. 是否需具备功率因子矫正(PFC)功能: 采用单级PFC架构之机型仅可使用于LED负载，而采双级PFC架构者则可泛用于一般负载。

　　d. 若系统设计采电源供应器直接驱动LED，是否需要可调整输出电压/电流之机型，或是具备调光功能(dimming)之机型。

　　2. LED灯具系统配置应用方式有那些?其优缺点为何?

表 LED驱动方式与电源选用

　　3. 选择LED电源供应器注意事项?

　　a. 灯具系统采直接驱动设计 

　　LED工作电压范围上下限串接总合都需要在LED电源供应器输出电压范围内，例如LED规格为3.4~3.6V,使用6串的串接电压为20.4~21.6V，此时就要选择输出为24V(定电流区间18~24V)的机型。 

　　具功因矫正功能机型，PF值如要求需大于0.9，负载需大于规格书PFC定义范围，功率因子与输出负载关系如图(1)所示，会依机型定义不同，一般设计值为75% LOAD以上。 

　　如果使用在输入电压不稳定场所，如使用发电机设备或使用在重工业区，请选择表一中〝一般泛用型〞产品。

　　b. 灯具系统采恒流IC设计

　　驱动IC的启动电压设计需接近LED电源供应器的输出电压。驱动IC对于电压稳定度要求较高，建议采用表一中〝一般泛用型〞产品。 

　　具功因矫正功能机型，负载需大于规格书PFC定义范围，功率因子与输出负载关系如图(1)所示，会依机型定义不同，一般设计值为75% LOAD以上。 

　　使用驱动IC有可能会产生EMI搭配问题，灯具设计完成需再确认EMI，如有EMI问题可参阅LED电源供应器应用问题(11)。

图1 功率因子与输出负载关系

　　4. 请问在LED照明设计上，如LED灯条设计采12颗LED为一串(VF假设为3.5V)，4串并联，每串电流为0.7A，直接接于电源输出端且没有串接定电流驱动器时，要如何选择适用的电源?

　　首先要先确认LED电源需选择可以工作于定电流模式之电源：

　　每串LED工作电压 = 3.5V X 12颗 = 42V

　　LED灯具总需求电流 = 0.7A X 4串并联 = 2.8A

　　LED电源需求瓦数=42V X 2.8A = 117.6W

　　LED电源供应器瓦数/电压选择应为大于且最接近所需瓦数/电压者先以150W/48V需求选择LED电源供应器，再确认所选用电压/瓦数的电源是否符合定电流区间与PF>0.9的定义要求。 (117.6W/150W = 78.4% > 75%),例如此题可选择CLG-150A-48V 调整输出电流为2.8A。

　　注: 一般同一批LED的VF电压可能为一区间(如3.4~3.6V)，每颗LED均有差异，电源选用上需纳入此差异之考虑

　　5. 同上题，如灯具设计上拟采LED灯条串接定电流驱动器之方式，要如何选择适用的电源?

　　首先要先确认每串LED顺向电压总和，再加上恒流驱动器的跨电压约2V：

　　每串LED工作电压 = 3.5V X 12颗 = 42V

　　驱动电路电压 = 42V + 2V = 44V LED

　　电流 = 0.7A X 4串并联 = 2.8A

　　驱动电路瓦数=44V X 2.8A = 123.2W

　　LED电源供应器瓦数/电压选择应为大于且最接近所需瓦数/电压者先以150W/48V需求选择LED电源供应器，再确认驱动电路实际瓦数是否符合PF>0.9的定义要求(123.2W /150W = 82.13% >75%)，例如此题可选择CLG-150A-48机型并调整输出电压为44V或可直接使用。

　　6. LED电源供应器规格中所提到的CV、CC、CV+CC是什么?

　　Constant Voltage (定电压输出)。一般电源供应器会提供一稳定电压(constant voltage)给负载用，不论AC输入电压变化(90~264VAC)或负载轻重载变化，输出电压均能维持于误差值以内(单输出机种多为1~2%)。如以LPV-60-48驱动LED driver + LED灯条，LED电源供应器之输出电压会稳定在48V的输出。(如图2a)

　　Constant Current (定电流输出)。以提供稳定电流(constant current)为目的，LED电源的输出电压会由负载端的LED顺向电压(Vf)总合决定。 例如使用Vf=3.5V @ 350mA 的LED串联12颗，顺向电压(Vf)总合3.5*12=42，若再二串并联，If(顺向电流) = 350mA*2 = 700mA。 此时若选用明纬定电流式LED电源供应器LPC-35-700 (使用输入电压90~264VAC，输出规格为48V/700mA) 直接驱动LED负载，LED电源会工作在CC模式，输出电压则会降到42VDC，输出电流则稳定在700mA，如图(2b)所示。

　　明纬具定电流输出功能之LED电源供应器皆具有”C.V.+C.C.”之特性，也就是说开机时为〝定电压(C.V.)模式〞，适合搭配LED 驱动IC 或串接限流电阻使用;而当输出电流超过额定值到达定电流区间后则工作于〝定电流(C.C.)模式〞，可用于直接驱动LED之设计。此种C.V.+C.C.之特性可应用于各式LED 配置方式中，使得系统设计上更具弹性。

　　7. 为何有时LED灯串设计上有LED驱动IC时会造成LED电源无法顺利开机?

　　(电压被LED箝 制而无法上升至额定电压值)，依据使用电路的不同，会有不同操作问题如下 ：

　　升压(Boost)模式电流驱动IC

　　由于驱动IC的启动电压都远低于LED灯串的顺向工作电压，因此驱动IC在低电压时即开始启动，往往IC启动电压甚至远不足电源电压的一半，此时若要达到额定功率输出，驱动电流至少要达到电源供应器输出额定电流的2倍以上，故会因电源供应器无法提供如此大的电流而无法驱动LED定电流模块。

　　降压(Buck)模式电流驱动IC

　　选用电源输出电压远高于LED灯串的顺向电压时(例如电源输出48V，而LED灯串仅24V时且两者之间功率相当时)，当电源启动到LED开始导通时LED电源供应器立即进入定电流操作模式，由于此时LED的消耗功率设定远大于此时电源定电流的驱动能力，造成驱动线路无法正常工作，而电源电压则被箝制在LED灯串的顺向电压下。 因此建议在LED驱动设计时将驱动IC的启动电压提升到接近电源输出电压或加入缓启动功能(如图3)，待电源输出电压建立好后再启动驱动模块。或者选择电源时(使用在降压式模块)须选用电源输出电压接近LED灯串电压，而且驱动功率须留有余裕的电源供应器(LED消耗功率/ 0.85)。

图3 简易缓启动线路示意图

　　DIM PIN 为PWM调光控制PIN也有标示为为EN (Enable)，DIM(or Enable)保持0V时内部SW为关断; DIM之电压达到1.5V(Typ)时则Turn ON。因此设定DRIVER的启动电压Vstart，Vstart = (VDIM/RB) x (RA+RB)，Vstart设定以高出 LED的工作电压5~10%为原则。

　　8. 为何使用明纬LED电源供应器，LED有些微明暗变化或闪烁现象?

　　明纬针对LED电源推出一系列产品，有些因为成本考虑而选择使用单级PFC线路架构，此架构有以下使用限制:

　　抗AC变化能力差

　　此架构没有使用输入大电容，如使用在输入电源质量不 稳定之地区，会导致输出电压与电流也不稳定而造成LED有明暗变化现象，而若于输入电源稳定时则不会有此问题发生。

　　输出电压涟波

　　也因为输入没有使用大电容滤波，输出涟波电压会较一般双级PFC架构大，如图(4)所示。有时会因涟波电压的波谷过低，造成串联恒流IC应用时会因驱动电压不足而造成LED闪烁，此时可以将电源供应器输出电压调高，使输出电压波谷高于所需要的驱动电压或选择高一级电压输出的电源供应器。

　　谐波电流(Harmonic current)

　　单级PFC电源供应器应用于定电压(Constant voltage)条件时(泛指串联恒流IC使用)，其中谐波电流可能会变差。建议当应用场合属输入电源不稳定的地区或是串联恒流IC应用时，请选择表(一)中”一般泛用型”之机型(非单级PFC线路架构)或请与明纬业务/工程人员联系。

图4 单级PFC架构输出电压涟波示意图

　　9. LED电源供应器是否可并接使用?

　　明纬LED power supply并无并联功能，不可做并联使用，如有大瓦数需求，建议选择足够瓦数的电源供应器或将LED分割成几个区块各别供应电源，LED布局上也要依图(5)所示，将各别电源供应器的输出地回路分开。相反地，小瓦数的LED灯串则可并接后再由一较大额定的LED电源供应器来驱动(如图5所示)，但须考虑其均流性。

图5 双电源供应大瓦数LED负载配置方式

　　10. LED灯具应用于照明,其谐波电流与THD(总谐波失真)要求为何?

　　照明产品谐波要求还是依据EN61000-3-2，只是限制值会依据输入功率而有所不同，输入功率大于25W须符合Class C要求，小于25W只要符合Class D。目前EN61347并无针对总谐波失真/THD (Total Harmonic Distortion )之要求，但台湾国家标准CNS15233则要求THD需小于33%;美国Energy Star标准针对固态照明(SSL)设备则以ANSI_C82-77-2002标准为主，一般产品要求THD需小于32%，部分特殊产品为20%，而明纬LED电源供应器具双极PFC机型之产品一般均小于20%，测试输入输出条件为277VAC/60Hz/80%load。

　　11. 使用贵公司LED电源产品，是否会有EMI问题? 如何解决?

图6 PCB型与U型产品EMI测试配置

　　LED模块具有LED driver IC：

　　上述的EMC应用对策建议，如果面临到客户采用LED driver IC做为CC恒流驱动的条件下将可能使EMI的对策更形复杂，由于LED driver IC本身即为高频切换(数百k~数Mhz)的线路结构， 因此本身的噪声抑制更为重要，其PCB布局的配置需重视IC接地大小及输入输出的电容及电感配置，一般建议如图(7) 所示，需于LED电源供应器输出线到LED driver PCB间加上 common choke及高频X电容。

图7 含LED driver IC系统之EMI对策方式

　　独立外置型(金属/塑料外壳)：

　　EMI测试采用电源与LED负载分离测试并出具EMC报告(EN55015/EN55022)，如具有FG接地机型遇有EMI问题，建议可先试着将电源本体及LED灯体皆与FG连接，可降低整体EMI噪声干扰，另外由于输入及输出线长依据客户应用可能长达数米，其共模噪声将非常大，建议于靠近LED灯体端加上共模夹扣铁心可有效降低此噪声，AC如线长亦可采此方式对策(如图8)。

图8 Surge与EMI对策

　　内置PCB/U外壳型：

　　如PLP/ULP系列，其结构设计采用与LED模块同一金属结构，因此EMI测试是如图(6)所示，采用铁板模拟金属平面，但由于LED系统的差异，输入输出配线的影响还是很大，因此配线的处理亦会影响EMI的测试结果，建议绞线并于末端增加夹CORE抑制噪声。

　　12.明纬LED电源对于雷击突波最高可耐受多少?

　　明纬LED电源供应器产品线中，雷击突波耐受能力最高的为CEN/CLG与HBG, HLG, HLN, HLP, HVG, HSG系列产品，可达到重工业等级(4kV)，如需更高的SURGE耐受需如图(8)所示，再外接ZNR(470V)或Gas Tube(500V)对策，但需考虑整体安规要求。于多盏灯具应用时，为符合法规上需求可加装雷击电压保护器(SPD: Surge Protection Device)。

　　13.明纬LED电源供应器的输出电压、电流是否可由使用者自行微调?

　　欲修改输出电压电流的客户可参考表一”明纬LED电源供应器产品比较表”中V/I调整字段，依调整电压、电流需求选择LED电源供应器，调整范围请参阅产品规格书。明纬LED电源供应器的输出电压、电流微调是经由内部可变电阻进行调整，除PLN与ELN系列机型需如图(9)拆上盖，由SVR1/SVR2调整，其于都可直接如图(10)由外壳上之Io ADJ、Vo ADJ孔位调整。另外调整电压、电流后，需确认总输出功率不可大于输出额定值，也要确认调整后上盖与防水塞都需组装确实。