基本信息
- 項目名稱：
- 高品質(zhì)高可靠大功率LED驅(qū)動電源系統(tǒng)
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品針對現(xiàn)有大功率LED驅(qū)動電源中存在效率低、壽命短、可靠性不高的問題，提出了一種高品質(zhì)高可靠的大功率LED驅(qū)動電源系統(tǒng)。通過改進硬件設(shè)計及提出新的控制方法提高電源壽命；通過引入LLC電源拓撲、同步整流電路，并改進了開機浪涌抑制技術(shù)和LLC拓撲中的變壓器設(shè)計，減少電源傳輸損耗以提高效率；提出的新型均流式LED陣列，大大提高了電源系統(tǒng)的可靠性。本產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保，具有廣闊的應(yīng)用前景。
- 詳細介紹：
- LED燈以其高效節(jié)能的優(yōu)勢正逐步取代現(xiàn)有照明工具，但現(xiàn)有大功率LED驅(qū)動電源存在效率低、壽命短、可靠性不高的問題，限制了LED優(yōu)勢的發(fā)揮，阻礙了LED燈的推廣應(yīng)用。 本作品針對現(xiàn)有大功率LED驅(qū)動電源中存在的問題，提出了一種高品質(zhì)高可靠的大功率LED驅(qū)動電源系統(tǒng)。通過改進硬件設(shè)計及提出新的控制方法，去除了限制驅(qū)動電源壽命的電解電容和光耦器件，使LED驅(qū)動電源的壽命從現(xiàn)有的1萬小時增加到10萬小時左右；通過引入LLC電源拓撲、同步整流電路，并改進了開機浪涌抑制技術(shù)和LLC拓撲中的變壓器設(shè)計，使驅(qū)動電源系統(tǒng)的效率達到了92.7%，比國標“GB/T 24825-2009”中一類標準的88%高出了4.7個百分點；優(yōu)化了LED燈的連接結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)的可靠性提高了6倍以上。上述成果已獲得2項實用新型專利，2項發(fā)明專利正處于公示階段。 本作品具有長壽命、高效率、高可靠性的特點。一萬臺150W的本產(chǎn)品一年內(nèi)較同功率的傳統(tǒng)LED驅(qū)動電源，可節(jié)約電費24.7萬元，減排二氧化碳269.7噸；另外可靠性的提高，可以減少維修成本與資源的浪費。本產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保，具有廣闊的應(yīng)用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 傳統(tǒng)大功率LED驅(qū)動電源存在壽命短、效率低、可靠性差的缺陷，限制了LED燈節(jié)能高效等優(yōu)勢的發(fā)揮，嚴重制約了LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為此，本作品從壽命、效率、可靠性方面入手，開發(fā)出一款長壽命、高效率、高可靠性的LED驅(qū)動電源系統(tǒng)。 首先從改進傳統(tǒng)大功率LED驅(qū)動電源的效率著手，通過在關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)上的改進和創(chuàng)新，提高電源效率；然后集中從控制系統(tǒng)的角度去電解電容，從檢測方法入手提出電流互感器替代光耦，提高壽命；最后從負載角度研究LED燈結(jié)構(gòu)的可靠性。 創(chuàng)新點： 1)采用改進的浪涌抑制技術(shù)、分立變壓器技術(shù)、同步整流技術(shù)，以提高LED驅(qū)動電源的效率。 2)采用數(shù)字控制PFC技術(shù)，解決了去除電解電容后功率因數(shù)下降的問題，并采用電流互感器替代光耦，以提高LED驅(qū)動電源的壽命。 3)設(shè)計了新型的LED燈均流陣列，提高了LED照明系統(tǒng)的可靠性。 關(guān)鍵技術(shù)： MOSFET與熱敏電阻并聯(lián)浪涌抑制技術(shù)；LLC諧振網(wǎng)絡(luò)的分立式變壓器設(shè)計技術(shù)；同步整流技術(shù)；一種適合集成的新型PFC控制技術(shù)；去光耦技術(shù)；新型LED均流陣列。 電壓范圍： 90~305 Vac 頻率范圍： 47~63 Hz輸入電流： 1.5A Max (220 Vac) 效率： ≥92% 輸出電壓： 24 V 輸出電流： 0-6.25A 額定功率： 150W
科學性、先進性
- 1）效率高：樣機效率達92.7%，超過國家標準“GB/T24825-2009”規(guī)定一級隔離式LED驅(qū)動電源的效率——88%。 2）壽命長：本產(chǎn)品的LED驅(qū)動電源壽命能達到10萬小時左右，而目前含電解電容的的驅(qū)動電源壽命平均只有1萬小時，大大延長了LED驅(qū)動電源的壽命。 3）可靠性高：任意一個LED斷路的情況下，均不會影響其他LED的正常工作，而且僅當超過6個（含6個）并聯(lián)的LED同時發(fā)生斷路，才會使其他LED全部熄滅，其可靠性是傳統(tǒng)串聯(lián)LED燈的6倍。 4）經(jīng)濟效益好：長壽命節(jié)約了成本，高效率減少了耗電量，節(jié)約了電費，高可靠性減少了維修費用等5）綠色環(huán)保：高功率因數(shù)控制技術(shù)大大減少了大功率LED驅(qū)動電源對電網(wǎng)的諧波污染，降低了驅(qū)動電源中各器件的限流要求，減少了材料的耗費。此外，效率的提高，減少了耗電量，降低了煤耗，減少了對環(huán)境的污染。 6）擁有自主知識產(chǎn)權(quán)：本課題已有2項實用新型專利被授權(quán)，2項發(fā)明專利在公示中。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室驗證階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、圖紙、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 輸入接90~305V的交流電，輸出端與LED燈負載相連即可。滿載輸出功率為150W。 1）開機浪涌電流抑制方案降低了電路損耗； 2）新型半橋LLC諧振電路，在獲得相同功率輸出的情況下，降低了主開關(guān)管的關(guān)斷損耗和電源輸入電路部分的損耗； 3）輸出端同步整流電路將整流導通期間的損失降到最低； 4）新型PFC控制技術(shù)減小了輸出紋波，提高了電源壽命； 5）無光耦的反饋設(shè)計提高了整機壽命； 6）均流式LED陣列負載提高了LED燈 可以在家用照明、街燈及停車燈、工作照明燈、景觀照明、廣告牌文字電路、液晶顯示屏、建筑物照明等通用大功率照明市場的LED驅(qū)動電源系統(tǒng)中得到推廣和應(yīng)用。 假設(shè)一臺本產(chǎn)品價格為300元，而一臺普通LED驅(qū)動電源的價格為200元，在10萬小時內(nèi)，可以節(jié)約成本200*10-300=1700元；假設(shè)本產(chǎn)品每天工作10小時，相比一年可節(jié)省254度電，約合203元電費?？梢姡褂帽咀髌返尿?qū)動電源可以節(jié)省1700元的成本費和每年203元的電費。
同類課題研究水平概述
- 系統(tǒng)效率方面，在大功率LED驅(qū)動的應(yīng)用中，常采用隔離型拓撲結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)電源輸入電壓與輸出之間的電氣隔離。常用的隔離型拓撲有反激和半橋電路等。 壽命方面，驅(qū)動電源中壽命最短的元件是電解電容和光耦。目前做出無電解電容LED驅(qū)動電源方案的公司主要有深圳創(chuàng)意電子、西安明泰半導體、村田制作所等。其中，日本村田制作所采用自主研發(fā)的多層陶瓷電容(MLCC)替代電解電容；西安明泰半導體公司采用他們自己開發(fā)的120W無電解電容LED驅(qū)動器通過自主研發(fā)的MOSFET和肖特基二極管實現(xiàn)，工作壽命可達8萬小時；創(chuàng)意電子基于日本Takion公司TK5401芯片，靠高電壓功率MOS管及控制電路，代替電解電容，壽命可達4萬小時以上，但是其適用范圍只有3W~20W；匯洪電子提供的方案使用壽命超過4萬小時，4W輸出功率時效率只有85%±5%，功率因數(shù)為90%?？梢?，現(xiàn)有研究都是依靠自主研發(fā)的新型電容替代，或者研發(fā)高耐壓水平的其他元件來實現(xiàn)去電解電容，這樣做成本比較高，而且研制出來的產(chǎn)品功率級別都比較低，或者以降低效率和功率因數(shù)為代價。 光耦以光為媒介傳輸電信號，對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，廣泛用于隔離型LED電源的反饋控制回路中。然而，隨著使用時間的增加，發(fā)光管會逐步老化，壽命較短。因此，目前國內(nèi)外提出了很多無光耦反饋的方法。主要包括，原邊檢測法、變壓器隔離反饋法等。 輔助繞組隔離檢測法目前只是在小功率反激式拓撲且DCM模式下得到一定的應(yīng)用，并不適合大功率LED驅(qū)動電源的應(yīng)用；變壓器隔離反饋法，雖然能夠應(yīng)用于大功率LED驅(qū)動電源，然而其所需的電路過于復(fù)雜，并且體積龐大、性能較差。 在可靠性方面，由于單顆LED的功率比較小，為到路燈照明要求，需使用多顆LED，這就涉及到多顆LED的排列方式問題。LED的排列方式有很多種，常見的排列方式有串聯(lián)、并聯(lián)和串并聯(lián)連接。 由于單顆LED的電壓較低，一般在3.0~4.2V之間，因此單純的串聯(lián)和并聯(lián)連接在功率較大的場合幾乎沒有，多采用串并聯(lián)或交叉連接結(jié)構(gòu)。 對于串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，當某一串中有一個LED發(fā)生斷路時，與其串聯(lián)的LED均熄滅，該LED燈可靠性不高；對于交叉式連接結(jié)構(gòu)，其可靠性要比串并聯(lián)結(jié)構(gòu)明顯更高，當隨便哪個LED斷路時，其他LED依然能亮，對燈的影響較小，但當與之并聯(lián)的LED也發(fā)生短路時，整燈都熄滅，可靠性依然不高。
