2.5 开关电源与LED照明设计技术标准
开关电源替代传统的铁心变压器电源是科学的发展,是时代的进步。要求所有的电子设备体积小、重量轻、效率高是众望所求,而开关电源具有很多优势,因此,开关电源的应用越来越广泛。但是,各种电子设备的技术标准不同,对开关电源有不同的标准要求。开关电源有一般的注意事项,也有通用规程,如安全规程、运输规范。我国的标准、规范基本上与欧美标准一致,如GB 9175—1988《环境电磁波卫生标准》,GB/T 17626.4—2008《电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》,GB 8702—1988《电磁辐射防护规定》等,基本上与欧洲的EN55022—2007,美国的UL1012—2005等标准相对应。另外,机械标准、附属功能、噪声指标、安装程序等方面都有相应的规定。
2.5.1 开关电源的机械标准
虽然国内对开关电源的机械标准没有严格的要求,但在欧美、日本、东南亚各国都有很多的规范。在外观上,总的要求是结构紧凑、美观、小巧光亮、无松动、无毛疵。另外还要求具有一定的抗冲击振动的能力,具体要求是,60cm高度(根据用户要求)下落到木质地板或水泥地面,连续下掉60次(有的20次),要求电源外壳无损伤,然后将开关电源满负荷通电,能正常运行。
2.5.2 开关电源的环境标准
环境标准包括:温度、湿度、冲击、振动、储存等级、沙尘浓度、可燃性、密封、辐射等环境因素。一般规定:在室内,室温上升到45℃时,电源的输出电压漂移小于3%,室外的电源输出电压漂移小于5%;在湿度为92%、温度为28℃时的环境下放置24h,绝缘强度不变;机壳与电源的输入、输出线的绝缘电阻大于10MΩ,一次侧与二次侧间的绝缘电阻大于5MΩ,漏电流小于0.5mA,一次侧对地的绝缘电阻大于10MΩ。
2.5.3 开关电源的电气标准
1.输入指标
输入指标包括输入电源相数、额定输入电压、电压变化范围,电源频率及输入电流等。所有这些,在电源设计时都要求明文标注。
2.输出指标
1)静态输入电压变动。在规定的输入电压范围内,缓缓改变输入电压,从上限值到额定值,再到下限值,反复测试,输出电流的变化小于2%。
2)动态输入电压变动。在规定的输入电压范围内,快速改变输入电压,从上限值到额定值,再到下限值,反复测试,输出电流的变化小于3%。
3)静态负载变动。改变负载电阻,使电流从额定值的10%变化到额定值的100%,测定输出电压的变化应小于1%。
4)动态负载变动。改变负载电阻,使电流从额定值的10%快速变化到额定值的100%,测定输出电压的变化应小于2%。
5)环境温度的变动。当室温从规定值上升到45℃时,输出电压上升应低于3%。
6)时间特性变化。电源通电后0.5~8h,输出电流的变化应低于1%。
7)电源的各种保护标示值。过电流保护;开关电源输出电流标称值的110%~130%,电源应保持动作。过电压保护;开关电源输入电压的120%~130%,电源应保护动作,欠电压保护;开关电源最低输入电压的80%~90%,电源应保护动作。短路保护:开关电源输出线的正、负极短路,电源应停止输出进行保护。过热保护:电源内部的工作温度升到80℃~90℃时,电源应进行保护。
8)耐压指标。交流输入线对二次输出线加入3750V,输入线对地加入2500V,二次输出线对地加入500V,各为直流电压,通电电流为1mA、1min不能出现击穿或亮红灯现象。
9)对高频变压器的要求。各绕组的绝缘电阻大于10MΩ。一次与二次间的耐压3750V,保持1min不击穿。湿度为92%±2%、温度20~30℃时,24h后绝缘强度不变。
10)电源效率。各个结构形式和电源功率不同,有区别。一般正激式、反激式结构电源的效率应大于80%。
11)抗电磁干扰能力。在试验室应低于8dB/μV。
12)功率因数。功率因数大于0.95。低于20W小功率不要求。
13)漏电流。试验室测试小于0.5mA。
14)电源使用寿命应大于100000h。“能源之星”对印制电路板的爬电距离、板材材料、板的厚度、板线与周边间距都有要求。另外对漆包线、塑胶绝缘带的绝缘强度、厚度都有规定,但对开关电源的功率因数没有严格的要求。
2.5.4 LED照明的国际标准
LED照明是当今照明领域最具有发展前景的产品之一,具有高效、节能、环保、寿命长、体积小、响应速度快、耐振动、易维护等优点。随着LED技术和性能上的突破,其应用领域逐步扩展,现已广泛用于室内外照明、装饰照明、城市景观照明、车灯、信号灯等各个领域。但由于LED的光电热学特性与传统光源差异很大,使得现有的LED测试无法完全满足传统灯具的测量方法。为使各种不同形式LED照明应用具有正确、可靠一致性的评估标准,国家半导体照明工程研发及产业联盟在2009年发布的“半导体照明试点示范工程LED道路照明产品技术规范”,“LED隧道灯光技术规范”、“整体式LED路灯测量方法”等,都为LED照明提供了相应的技术标准。按照国际电工委员会制定的IEC16301标准:1)开关电源的空载功耗和待机功耗均应低于5mW;2)要求住宅照明、固态照明的每个LED在6000h内所提供的光通量与初始光通量的百分比必须大于或等于91.8%(室内),大于或等于94.1%(室外),室外照明的产品需使用光电传感器;3)要求所有LED照明灯产品,在电源关断时为零功耗,每只LED灯的漏电流小于0.3mA;4)LED照明灯的使用寿命大于或等于20000h(室内),大于或等于15000h(室外)。LED的驱动电源便于检修,不切断电源线不会造成损坏;5)道路照明灯的距离规定为3.65m,噪声低于24dB,工作频率大于或等于120Hz。
2.5.5 LED交通道路照明标准
依照我国住房和城乡建设部颁布的CJJ 45—2006《城市道路照明设计标准》见表2-2,标准仅适用于干燥的沥青路面,如果用于水泥路面,平均照度值降低了30%,这些指标平均亮度规定为1.0~2.2cd/m2,不可追求高亮度LED照明,否则会产生眩光,易引发交通事故。
表2-2 城市道路交通照明标准
美国“能源之星”制定了整体式LED灯,SSL固态照明灯,对LED照明行业具有重要指导作用。我国制定了GB 17743—2007《电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法》及欧洲制定了EN 55015—2007《电气照明和类似电气装置的无线电干扰特性的极限值和测量方法》认证标准,表2-3是“能源之星”认证标准。
表2-3 “能源之星”对LED灯认证标准
上述标准对设计LED驱动电源提出了严格要求,对电磁兼容性做了严格的规定,制定和不断完善LED标准,对推动LED行业健康发展具有重要意义。