LED吸顶灯及其驱动电源解读

　　图4较薄的厚度减小了导热系数的作用

　　吸顶灯的泡壳厚度只有1-2mm。所以虽然它的导热系数只在0.1-1W/mk，但还是能够很快地把热量从一边传到另一边。

　　而且塑料的辐射能力是很强的，见下表：

　　所以泡壳可以很好地辐射散热。因为在吸顶灯的内部空气的流通很好，很容易把热量带到泡壳上。所以灯罩起了主要的散热作用。

　　3. 面积大：根据圆形的面积计算公式：S=πr2，或S=π（d/2） 2，对于一个直径为45cm的圆形吸顶灯，它的底板面积就是1590cm2。因为吸顶灯通常安装在室内，没有过高室温，所以可以采用40cm2/W的经验数据，那样也可以散去40W的功率。但是由于底板靠近天花板，不易散热，所以底板的实际散热效果会差很多。

　　而灯罩因为是曲面形，其面积要比圆形更大，而且它的安装朝下，没有任何阻挡，所以散热效果要比底板更好。

　　4. 关键的问题是要把安装LED灯珠的铝基板或印制板的铜箔面积做得足够大。

　　实验证明，对于小于30W的吸顶灯采用普通的印制板就可以很好地散热，而且为了利用自由流通的空气。在印制板的两面把热量带走，所以也不需要把铝基板或印制板通过导热胶紧贴底板来散热，反而要把印制板垫高离开底板5mm，以便空气流通。

　　5. 底板上多打一些通风孔会对散热有很大的好处。这些通风孔应当打在外圈，以免被阻挡。但也可能带来小虫钻入的可能性。

　　采取以上措施以后，LED吸顶灯并不需要很重的鳍片式散热器也可以满足散热的要求。可以说LED吸顶灯是唯一不需要特制的铝散热器的LED灯具。

　　五、LED吸顶灯的电源

　　现在让我们先来看一下普通吸顶灯的电源。

　　普通吸顶灯通常采用电子镇流器，或者称为高频变压器。但是市面上的电子镇流器的质量都比较差。例如，作者就测试了一款普通吸顶灯安装了飞利浦的32W环形灯管。实测的结果如下：Pin=16W，PF=0.62。所以它只用到环形灯管50%的功率，而且功率因数也很差。作者也测试了一个9W节能灯的参数，测得Pin=8.4W，PF=0.563

　　二者的功率因数都不能满足>0.7的要求，但仍然在市面上大量流通。

　　对于LED吸顶灯的电源可以分为非隔离式和隔离式两大类：

　　5.1 非隔离恒流源，由于LED吸顶灯不像球泡灯那样容易被用户用手触摸到，而且由于不需要接触式导热，它的内部结构很容易把铝基板或印制板和金属底板绝缘起来，所以采用非隔离电源是可以很容易通过CE、UL等安全认证。再加上它的安装通常是由专业的电工来安装，也减小了用户触电的危险。

　　我们知道LED必须采用恒流源来驱动，否则由于它的负温度系数，而会使电流急剧上升导致结温升高，寿命缩短。恒流源分为线性和开关式两种。线性恒流源的优点是不会产生电磁干扰（EMI），简单，成本低。它的缺点是效率比较低。

　　1. 采用恒流二极管的非隔离恒流源

　　恒流二极管是一种线性恒流源，它的恒流作用可以用来驱动LED。最简单的方法就是把恒流二极管直接和LED串联。但是我们在用于LED驱动时必须注意选择恰当的电流和耐压。

　　最低电压

　　由于恒流二极管需要一定的电压Vk才能够进入恒流，所以太低的电源电压是无法工作的。通常这个Vk大约在5-10V左右。

　　最高电压

　　由于恒流二极管必须能吸收掉电源电压的变化，对于同样的百分比，220V就要比110V的变化范围大一倍。例如对于+10%~-20%的变化范围，对于220V就意味着22+44=66V的变化范围，经过桥式整流以后这个变化还会加大1.2倍，变成79.2V。而对于110V电源，同样的变化范围只相当于39.6V的变化范围。电压越低，就意味着功耗越小，效率越高。所以可以说恒流二极管更适用于110V市电的国家。

　　最大电流

　　由于恒流二极管的功耗受到限制，所以过大的电流也是不合适的。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二极管就很难提供。即使能够提供，它的功耗也过大而使整体效率大为降低。

　　恒流二极管最适用的使用场合就是交流市电供电的LED灯具，采用很多小功率LED串联，也就是高压小电流的情况是最为合适。

　　图5就是一种用于吸顶灯的恒流二极管驱动源。其负载是80颗3022串联，总功率为16W。所用的恒流二极管也是恒流在60mA。假如手头的恒流二极管只有30mA的，就需要2串并联。

　　在这里，恒流二极管的作用就是要在输入市电电压变化时，保持输出电流不变，当然也可以消除由于LED负温度系数所引起的电流增大。但是由于恒流二极管的耐压有一定的限制，所以它所能吸收的电源电压变化也是有限的。就拿100V耐压的CRD来说，它的工作电压范围还要减去它的最小工作电压10V，可用的电压范围也就只有90V。用在220V市电电源里， 如果市电变化+10%，~-20%，就相当于整流后为290~211V，电压变化79V，在其耐压范围内。假如所用的LED为80颗，如果正向电压为3.3V，那么总电压为264V，正好相当于220V经过桥式整流以后的值。这时候恒流二极管上没有压降，但是这时候它是不能工作的而至少需要10V压降，也就是要求整流后电压为274V，市电电压为228VAC。那时候恒流二极管压降为最小，功耗也最小，只有0.03Ax10V=0.3W，整体效率为最高可达96%（当然还要考虑整流器的效率，实际上还会低一些）。如果市电增高至242VAC，那么恒流二极管电压就增高为26.4V，其功耗也增加到0.79W，这时候效率就等于91%。

　　如果市电电压低于228V，是不是恒流二极管就不工作呢？并不是，但的确是不恒流了，这时候它和LED就会达到一个新的平衡点，那就是二者的电压和等于市电电压经过整流后的电压。因为LED伏安特性的非线性，所以很难用公式来表示。总之，当市电电压降低时，LED中的电流就会随市电电压的降低而降低。其亮度也会跟着变暗。但是这时候恒流二极管的压降不大所以并不消耗很多功率。所以效率还是很高的。

　　前面假定了LED的正向压降为3.3V，实际上即使其额定为3.3V，在开机一段时间以后，由于结温的升高，正向压降就会降低至3.1V甚至3.0V。

　　一个采用恒流二极管的8W电源的实测结果如下表所示：

　　由表中可见，采用恒流二极管以后其最高效率的确可以做到非常高。是一种值得选用的电源。为了在220V得到最高的效率，看来应该串联90个以上的LED。

　　各种恒流二极管的参数如下表所示：

　　2.采用高压直接降压的开关式恒流源

　　由交流直接整流得到的电压是264V，这时候可以采用直接降压的高压Buck电路来恒流。

　　a）PAM99700

　　图6. 采用美国PAM公司的PAM99700的高压Buck的电路图。

　　这个电路的特点是效率高达90%，功率因数也大于0.9以上。外部电路也很简单。可以驱动多达40个1W的LED。一个采用PAM99700的LED吸顶灯照片如图7所示。

　　它是采用24串7并的3014型LED，总功率16.8W。右下角的蓝色印制板是红外遥控接收器。

　　图7. 采用PAM99700作为恒流驱动源的LED吸顶灯

　　它的实测结果如下（图8）：

　　图8. 效率、功率因素和LED电流和输入电压的关系

　　b）HV9861A

　　最近美国Supertex公司推出了新款高压降压芯片HV9861A以取代HV9910B.它采用了均值取样从而提高了恒流精度至+/-3%。它的电路图如图9所示。

　　图9. HV9861A直接降压式电路图

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