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摘 要 本文基于LED发光原理及电源需求分析，为解决LED驱动电源故障率高、维护难问题，应用情况，尝试在LED道路照明（路灯）领域采用低压直流供电模式。通过直流供电不仅降低LED驱动电源故障率，同时可降低路灯运行的安全风险，并为未来电动汽车充电提供支持。
关键词 道路照明；LED驱动电源；低压直流；安全
中图分类号：TU113 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0097-01
随着发光二极管（LED）技术的不断发展，LED照明从室内照明逐步向室外照明拓展。道路路灯因其功率大和运行环境恶劣等原因一直是LED照明推广缓慢的领域。我市自2008年起开始在部分道路使用大功率LED灯具，经过一段时间，部分LED灯具陆续出现故障。通过对故障的分析，我们发现LED驱动电源损坏率高达90%。虽然LED路灯宣称使用寿命长达5万小时以上，但其驱动电路（以电子元器件为主）的寿命较短，实际使用3年（1.2万小时）左右出现损坏。驱动电源成为制约LED路灯使用寿命的短板。同时由于LED驱动电源需与LED芯片相匹配，缺乏统一标准，各个厂家生产的驱动电源输出接口不统一，质量良莠不齐。给路灯现场维修带来不便，且更换驱动电源的费用较高。今年9月起LED驱动电源被国家纳入3C强制认证范畴。[1]电源问题已成为影响到LED灯具的推广应用的重要因素。只有解决LED电源问题，才能打开LED灯具在城市道路上应用。
1 LED光源对电源的要求
为解决LED电源问题，我们需要了解LED芯片的基本工作原理及其对电源的供电需求。
目前道路上使用的LED灯具为LED灯具是指包含LED光源（光源）的整体发光结构。“采用整体式不可替换光源的发光器被视作一个灯具。”[2]
LED光源是由一定数量的大功率LED颗粒混联（先串后并）成一个整体发光芯片。单个LED其实就是一个二极管，当在二极管两端施加一定的正向电压激发P-N结传导电流，LED就能发出光。单颗LED的标称电压：3.4V± 0.2V（实际工作电压约2.8～3.8伏）。工作电流与功率和亮度相关。不同功率的LED，电流则不同，通常来讲，功率越大，电流越高则发出的光越多。道路用大功率的1W LED单颗粒的标称电流为350 mA。
通过对实际应用的LED灯具的拆卸查看，我们可以清楚地看到该LED灯具是由一定数量的LED颗粒串联（12颗）后得到一个工作电压为40.8v± 2.4v的LED串，再将这些LED串进行并联（10串）得到一个工作电流为3.5A的LED灯具。考虑损耗，该灯具对电源的需求为48V/3.5A。
2 LED驱动电源
现有的路灯供电线路为220V交流电，必须进行降压、整流、稳流三个步骤方可为LED灯具提供稳定的低压直流电源。[3]
先将220V交流电降压成48V低压的交流电，然后将低压的交流电经桥式整流变换成低压的直流电，最后再通过高效率的开关稳压器变换成恒流源，为LED光源输出恒定的电流。
为降低芯片故障率，多数厂家选择少串多并的組合方式，现有LED灯具电压需求多为48V，虽然每个LED灯具对电源的电压和电流要求可能略有不同，但在实际应用中应根据整灯的电压和电流选择合适的驱动电源。
3 电源故障分析
由于电源与LED芯片共同布置在灯具狭小的空间内，为达到必要的防潮防水要求，必须将电源进行密封。但同时也带来散热困难的问题。在夏季LED芯片工作时的温度可以达到70多度。LED电源的内部电器在这种高温环境下工作，其寿命大幅下降。同时是因为整体密封，损坏的零件无法现场更换，只能整体替换，不仅维修困难而且费用高。电源成为LED灯具的寿命瓶颈。这也是使用单位对LED路灯应用热情不高的原因。
4 直流供电模式
既然分散在各个路灯灯具内的驱动电源散热问题无法解决，为何不能将分散的驱动电源从灯具转移到地面，集中到地面的变压器或开关箱内统一处理。集中在地面的直流变压器不仅转换效率提高，而且温度可控，同时也便于维修。LED路灯一旦实现低压直流供电模式也会给路灯用电安全提供保障，更可为未来电动汽车充电提供条件。
5 技术途径
对现有LED路灯可最大限度利用现有设备。在原有的变压器末端（或开关箱处）增加变压、整流设备，通过变压、整流、滤波输出48V低压直流电，通过原有电缆（4*25 mm2+1*16 mm2）向LED路灯供电。考虑到目前使用的LED单灯工作电流约为3.5A，单回路路灯盏数约15～25盏，工作电流约52～87A，满足电缆载流及压降（1000 m电缆压降为1.6v）。在路灯杆内安装稳流控制电器（如恒电流二极管[4]）保障LED路灯的正常。
对于新建LED路灯可以进一步优化LED芯片设计。同时采用高压直流变压器，一次性将1万伏高压电降为低压直流电源，再通过路灯电缆向各LED路灯直接提供低压直流电。
6 直流供电的优势
1）解决目前LED路灯灯具使用寿命较短问题。
2）提高LED灯具整灯光效效率（目前国内及欧美国家均将含有光源和电源整灯光效作为LED灯具的节能检测指标），同时集中降压整流，降低系统能耗。
3）降低路灯设施运行中的安全风险。（在我国50V以下交流电为安全电压，直流电压在实际使用中安全性高于交流电）。
4）集中处理LED驱动电源将故障点从高高的路灯上迁移到地面不仅维修方便而且造价大幅降低。
5）道路两侧的路灯直流电源为还将为电动汽车，电瓶车充电提供便利。
参考文献
[1]《国家认监委关于发布强制性产品认证实施规则的公告》国家认监委2014年第23号公告.
[2]GB7000.1-2007灯具 第1部分 一般要求与试验.
[3]陈传虞，刘明，陈家桢.LED驱动芯片工作原理与电路设计[J].2011.
[4]大功率LED高频驱动电路的工作原理与设计方案[J].百度
文库.
作者简介
何飞（1978-），男，安徽庐江人，高级工程师，本科，研究方向：市政建设。
关键词 道路照明；LED驱动电源；低压直流；安全
中图分类号：TU113 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0097-01
随着发光二极管（LED）技术的不断发展，LED照明从室内照明逐步向室外照明拓展。道路路灯因其功率大和运行环境恶劣等原因一直是LED照明推广缓慢的领域。我市自2008年起开始在部分道路使用大功率LED灯具，经过一段时间，部分LED灯具陆续出现故障。通过对故障的分析，我们发现LED驱动电源损坏率高达90%。虽然LED路灯宣称使用寿命长达5万小时以上，但其驱动电路（以电子元器件为主）的寿命较短，实际使用3年（1.2万小时）左右出现损坏。驱动电源成为制约LED路灯使用寿命的短板。同时由于LED驱动电源需与LED芯片相匹配，缺乏统一标准，各个厂家生产的驱动电源输出接口不统一，质量良莠不齐。给路灯现场维修带来不便，且更换驱动电源的费用较高。今年9月起LED驱动电源被国家纳入3C强制认证范畴。[1]电源问题已成为影响到LED灯具的推广应用的重要因素。只有解决LED电源问题，才能打开LED灯具在城市道路上应用。
1 LED光源对电源的要求
为解决LED电源问题，我们需要了解LED芯片的基本工作原理及其对电源的供电需求。
目前道路上使用的LED灯具为LED灯具是指包含LED光源（光源）的整体发光结构。“采用整体式不可替换光源的发光器被视作一个灯具。”[2]
LED光源是由一定数量的大功率LED颗粒混联（先串后并）成一个整体发光芯片。单个LED其实就是一个二极管，当在二极管两端施加一定的正向电压激发P-N结传导电流，LED就能发出光。单颗LED的标称电压：3.4V± 0.2V（实际工作电压约2.8～3.8伏）。工作电流与功率和亮度相关。不同功率的LED，电流则不同，通常来讲，功率越大，电流越高则发出的光越多。道路用大功率的1W LED单颗粒的标称电流为350 mA。
通过对实际应用的LED灯具的拆卸查看，我们可以清楚地看到该LED灯具是由一定数量的LED颗粒串联（12颗）后得到一个工作电压为40.8v± 2.4v的LED串，再将这些LED串进行并联（10串）得到一个工作电流为3.5A的LED灯具。考虑损耗，该灯具对电源的需求为48V/3.5A。
2 LED驱动电源
现有的路灯供电线路为220V交流电，必须进行降压、整流、稳流三个步骤方可为LED灯具提供稳定的低压直流电源。[3]
先将220V交流电降压成48V低压的交流电，然后将低压的交流电经桥式整流变换成低压的直流电，最后再通过高效率的开关稳压器变换成恒流源，为LED光源输出恒定的电流。
为降低芯片故障率，多数厂家选择少串多并的組合方式，现有LED灯具电压需求多为48V，虽然每个LED灯具对电源的电压和电流要求可能略有不同，但在实际应用中应根据整灯的电压和电流选择合适的驱动电源。
3 电源故障分析
由于电源与LED芯片共同布置在灯具狭小的空间内，为达到必要的防潮防水要求，必须将电源进行密封。但同时也带来散热困难的问题。在夏季LED芯片工作时的温度可以达到70多度。LED电源的内部电器在这种高温环境下工作，其寿命大幅下降。同时是因为整体密封，损坏的零件无法现场更换，只能整体替换，不仅维修困难而且费用高。电源成为LED灯具的寿命瓶颈。这也是使用单位对LED路灯应用热情不高的原因。
4 直流供电模式
既然分散在各个路灯灯具内的驱动电源散热问题无法解决，为何不能将分散的驱动电源从灯具转移到地面，集中到地面的变压器或开关箱内统一处理。集中在地面的直流变压器不仅转换效率提高，而且温度可控，同时也便于维修。LED路灯一旦实现低压直流供电模式也会给路灯用电安全提供保障，更可为未来电动汽车充电提供条件。
5 技术途径
对现有LED路灯可最大限度利用现有设备。在原有的变压器末端（或开关箱处）增加变压、整流设备，通过变压、整流、滤波输出48V低压直流电，通过原有电缆（4*25 mm2+1*16 mm2）向LED路灯供电。考虑到目前使用的LED单灯工作电流约为3.5A，单回路路灯盏数约15～25盏，工作电流约52～87A，满足电缆载流及压降（1000 m电缆压降为1.6v）。在路灯杆内安装稳流控制电器（如恒电流二极管[4]）保障LED路灯的正常。
对于新建LED路灯可以进一步优化LED芯片设计。同时采用高压直流变压器，一次性将1万伏高压电降为低压直流电源，再通过路灯电缆向各LED路灯直接提供低压直流电。
6 直流供电的优势
1）解决目前LED路灯灯具使用寿命较短问题。
2）提高LED灯具整灯光效效率（目前国内及欧美国家均将含有光源和电源整灯光效作为LED灯具的节能检测指标），同时集中降压整流，降低系统能耗。
3）降低路灯设施运行中的安全风险。（在我国50V以下交流电为安全电压，直流电压在实际使用中安全性高于交流电）。
4）集中处理LED驱动电源将故障点从高高的路灯上迁移到地面不仅维修方便而且造价大幅降低。
5）道路两侧的路灯直流电源为还将为电动汽车，电瓶车充电提供便利。
参考文献
[1]《国家认监委关于发布强制性产品认证实施规则的公告》国家认监委2014年第23号公告.
[2]GB7000.1-2007灯具 第1部分 一般要求与试验.
[3]陈传虞，刘明，陈家桢.LED驱动芯片工作原理与电路设计[J].2011.
[4]大功率LED高频驱动电路的工作原理与设计方案[J].百度
文库.
作者简介
何飞（1978-），男，安徽庐江人，高级工程师，本科，研究方向：市政建设。