解析 LED 驅動電源的隔離與非隔離之分

2014-08-24

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目前在一般的LED照明市場上,存在非隔離設計和隔離型驅動電源之分。非隔離設計僅限於雙絕緣產品,例如燈泡的替代產品,其中LED和整個產品都集成並密封在非導電塑料中,因此,最終用戶並沒有任何觸電的危險。二級產品都是隔離型的,價格相對比較昂貴,但在用戶可以接觸到LED和輸出接線的地方(通常在LED照明和路燈照明應用的情況下),這種產品必不可少。

帶隔離變壓器或者電氣隔離的LED驅動電源意味著LED可以直接用手接觸而不會觸電。而無隔離變壓器的LED驅動電源雖仍可以借助防護外殼實現部分機械絕緣,但此時的LED在工作時並不能直接接觸。

絕緣型燈泡在今後將成為主流

物理設計決定著驅動器是隔離式還是非隔離式。安全規則通常要求使用兩個獨立的隔離層。設計師可以選擇兩種物理隔離層,即塑料散光罩和玻璃護罩,並使用非隔離式電源。如果物理隔離成本太高、存在機械困難或者吸收太多光,就必須在電源中解決電氣隔離問題。

隔離式電源通常要比同等功率水平的非隔離式電源大一些。照明燈設計師必須在他們所設計的每款產品中進行大量的成本及設計優化工作。由於適用於不同的應用,是採用隔離的絕緣變壓器還是採用隔離的防護燈罩外殼,設計者在不同的角度考慮永遠會有不同的見解。

通常,他們會從多方面去分析,例如成本與製造工藝、效率和體積、絕緣可靠性和安全規範的要求,等等。帶變壓器的驅動成本較高,但也相應讓LED燈具變得更加實用,能夠滿足終端用戶偶然接觸LED的需要。當白熾燈玻璃外殼很容易被損壞時,一個E27型號的普通燈泡可被替換成為LED燈。

此外,在工業區或者是辦公設備應用中的燈具並不需要接觸到終端用戶,如路燈和商場照明,這時的LED燈也確實需要隔離變壓器。

作為一個讓最終用戶能安全使用的產品,一定會考慮絕緣與隔離的可靠性。作為完整的產品,產品表面使用者能接觸到的部分一定要經過隔離,不能讓人觸電。而從產品整個系統而言,隔離是不可避免的,區別隻是設置隔離的位置不同。有些設計者採用隔離的變壓器設計,因此他們可以簡化散熱和燈罩的設計。如果用非隔離的驅動設計,在燈殼等結構上就必須考慮可靠的絕緣要求。因此作為電源驅動,隔離與非隔離的方案一直都同時存在。

中國LED驅動電源製造商們可能面對的主要挑戰是找到低成本的AC/DC驅動器,從而滿足在低成本電源系統中實現更嚴格的功率因子和效率表現。未來,在空間受限且存在散熱困難的系統(比如LED燈具)中使用高質量、高可靠性的電源,將不再免費。然而,在最終用戶使用過許多某款壽命在10,000小時左右的燈泡之前,要想證明其質量高是相當困難的事情。

基於變壓器的隔離型LED驅動電源將是主流

隔離和非隔離LED驅動電源方案各有優缺點。業內人士認為,ClassII將是主流,因為它簡化了LED散熱問題。ClassI或II系統依賴接地系統,在大多數情況下,跟安裝地點很有關係。ClassII較常見,它要求雙級或加強型隔離,也即需要變壓器磁性繞組、絕緣帶和物理隔絕。ClassI系統要求一個接地外殼和(或)機械障礙,而這時ClassII系統不需要的。

目前有好幾個趨勢正在推動LED照明市場的發展。首先是高亮度LED效率的不斷改善和非常高效率的高可靠性恆流LED驅動電源的不斷湧現,其次是全球立法禁止白熾燈照明(由於其低效率)和CFL節能燈的逐步淡出(如果打破的話,它會流出對環境有害的水銀)。這些因素綜合起來正使得LED照明成為一個長期的發展趨勢。當然,低系統成本(包括LED、熱管理系統和LED驅動器)永遠是消費者廣泛採用LED通用照明的推動力。

事實上,在很多LED照明產品中,失效是一個常見現象,大多數是因為電源的失效,而不是LED的失效。在設計層面上,這意味著OEM必須變成系統熱設計的專家。LED提供高效率,但它們也比白熾燈或節能燈產生更多的傳導熱量。

由於許多LED照明應用封閉在一個很小的空間里,很難用通風的辦法來散熱。如果沒有仔細的熱設計,LED和電源驅動電路很容易因為高溫而退化或永久失效。

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