LED照明驱动电源与灯具设计

第1章　概述　1 1.1　LED的发光机理及其基本特性　1 1.1.1　LED的发光机理　1 1.1.2　LED的基本结构　2 1.1.3　LED的主要特性及参数　3 1.2　照明用大功率白光LED　5 1.2.1　LED白光产生方法　6 1.2.2　大功率白光LED的基本结构　6 1.2.3　几种大功率白光LED　9 1.3　交流(AC)市电电源直接驱动的“AC LED”　15 1.3.1　AC LED的发明颠覆了传统应用方案　15 1.3.2　AC LED的工作原理　16 1.3.3　AC LED的封装及其特性　17 1.3.4　AC LED的应用　22 1.3.5　AC LED的新发展　23 1.4　白光OLED固态照明光源　24 1.4.1　OLED的基本结构与发光原理　24 1.4.2　白光OLED的制备方法　25 1.4.3　白光OLED的特点及其应用于照明的前景　26 1.5　低碳经济给半导体照明带来无限商机和光明的未来　28 1.5.1　固态照明光源的优势　28 1.5.2　推行半导体照明是发展低碳经济的必然要求　30 1.5.3　LED光源开始进入主流普通照明市场　32 1.6　中国LED照明产业快速成长，面临前所未有的发展机遇　33 1.6.1　中国政府大力支持和推进LED照明产业　33 1.6.2　LED为北京奥运会和上海世博会增光添彩　35 1.6.3　中国LED照明产业快速成长　37 1.7　半导体照明产业进入标准化时期　39 1.7.1　国外和国内照明用LED标准的制定情况　39 1.7.2　建立健全LED标准体系，任重而道远　45第2章　LED普通照明解决方案　47 2.1　普通照明用LED模块、电子控制装置及自镇流LED灯　47 2.1.1　普通照明用LED模块　47 2.1.2　LED模块用直流或交流电子控制装置　48 2.1.3　普通照明用自镇流LED灯　50 2.2　普通照明用LED对驱动电源的基本要求　51 2.2.1　普通照明用LED驱动电源的性能要求　51 2.2.2　普通照明用LED驱动电源的安全要求　53 2.3　普通照明用LED驱动电源基本架构选择　56 2.3.1　非隔离降压(Buck)型拓扑　56 2.3.2　反激式拓扑　57 2.3.3　半桥LLC拓扑　60 2.4　普通照明用LED离线式电源的功率因数校正　61 2.4.1　功率因数校正(PFC)的目的　61 2.4.2　照明用LED离线式电源PFC主要方案　62 2.5　照明用LED的调光解决方案　70 2.5.1　调光基本概念及对LED调光的基本要求　70 2.5.2　LED调光解决方案　71 2.5.3　调光解决方案选择　73 2.6　LED灯具设计　73 2.6.1　灯具基本概念与LED灯具的特殊性　73 2.6.2　国际和国内LED灯具相关标准简介　76 2.6.3　LED灯具的散热解决方案　82 2.6.4　LED光源模块设计　86 2.6.5　LED灯具的二次光学设计　94 2.6.6　提高LED灯具效率和照明系统光效的途径　96 2.6.7　突破传统灯具概念，设计现代照明LED灯具　99第3章　普通照明用LED离线式驱动电路　100 3.1　MR16 LED灯驱动电路　100 3.1.1　基于降压式拓扑结构的MR16 LED灯驱动电路　100 3.1.2　基于降压-升压式拓扑结构的MR16 LED灯驱动电路　106 3.2　无需磁性元件和外加整流器的离线式恒流LED驱动电路　110 3.2.1　基于ZD831的离线式恒流LED驱动电路　110 3.2.2　基于ZD832的通用AC线路输入恒流LED驱动电路　114 3.3　离线式降压型大功率LED驱动电路　120 3.3.1　基于MXHV9910的离线式LED驱动电路　120 3.3.2　基于PT6901的离线式LED驱动电路　123 3.4　基于开关电源反激式拓扑的离线式LED驱动电路　124 3.4.1　基于SSL1523P的离线式LED驱动电路　124 3.4.2　基于控制器NCP1351的AC通用输入LED驱动电路　127 3.4.3　基于ACT355A/ACT357A/ACT50的AC通用输入LED驱动电路　133 3.4.4　基于LNK605DG和TNY279GN的离线式LED驱动电路　137第4章　带功率因数校正(PFC)的LED照明用驱动电源　140 4.1　带填谷式无源PFC的LED照明用驱动电源　140 4.1.1　基于PT4107并带填谷式电路的18W LED日光灯电源　140 4.1.2　基于TNY279PN带填谷式无源PFC的18W LED照明用电源　141 4.1.3　基于ACT50带填谷式无源PFC的12W LED照明用电源　143 4.2　基于NCP1014的8W单级PFC反激式LED照明用电源　146 4.2.1　NCP1014的主要特点　146 4.2.2　基于NCP1014的8W单级PFC反激式LED照明用电源　146 4.3　基于TOP250YN的单级PFC反激式75W LED照明用电源　151 4.3.1　电路拓扑及其工作原理　151 4.3.2　电路中主要元器件的选择　154 4.3.3　性能测试结果及PCB参考线路　155 4.4　基于降压-升压和降压式变换器的单级PFC LED照明用电源　157 4.4.1　HV9931的结构及特点　157 4.4.2　基于HV9931的单级PFC LED照明用电源　158 4.5　基于单级有源PFC控制器的LED照明用电源　161 4.5.1　基于AP1661的单级PFC反激式LED照明用电源　161 4.5.2　基于NCL30000的单级PFC反激式LED照明用电源　162 4.6　基于iW2202数字单级PFC控制器的LED照明用电源　173 4.6.1　iW2202的封装、内部结构及引脚功能　173 4.6.2　iW2202的主要电气特性参数和特点　174 4.6.3　iW2202的工作原理　174 4.6.4　基于iW2202的单级PFC 70W LED照明用电源电路与设计　176 4.7　带有源PFC的两级或多架构LED照明用电源　178 4.7.1　基于PFC/反激式控制器SSL1750T的LED照明用电源　178 4.7.2　基于PFC/PWM控制器SPI-9150的120W LED照明用电源　182 4.7.3　基于UCC28810/UCC28811带PFC的LED照明用电源　186第5章　可调光LED照明用离线式电源　191 5.1　TRIAC调光器　191 5.1.1　TRIAC调光器基本电路　191 5.1.2　TRIAC调光器在离线式LED驱动电源中的连接　192 5.2　恩智浦(NXP)半导体照明用LED的TRIAC调光解决方案　193 5.2.1　基于SSL1523的LED TRIAC调光解决方案　193 5.2.2　基于SSL2101/SSL2102的LED TRIAC调光解决方案　193 5.3　基于LM3445的TRIAC调光离线式LED照明用电源　202 5.3.1　LM3445的引脚功能及特点　202 5.3.2　LM3445的TRIAC调光原理　203 5.3.3　基于LM3445的TRIAC调光LED照明用电源　204 5.3.4　基于LM3445的TRIAC调光10W LED照明用电源解决方案　208 5.4　基于LinkSwitch-PL系列IC的单级PFC非隔离反激式TRIAC调光LED照明用电源　211 5.4.1　LinkSwitch-PL的引脚功能及特点　211 5.4.2　LinkSwitch-PL系列IC的选用　213 5.4.3　基于LinkSwitch-PL的TRIAC调光LED驱动电源　214 5.5　基于LinkSwitch-PH的TRIAC调光单级PFC一次侧恒流控制LED照明用电源　216 5.5.1　LinkSwitch-PH的结构及特点　216 5.5.2　LinkSwitch-PH的功能与工作原理　218 5.5.3　采用LinkSwitch-PH的TRIAC调光LED照明用电源　221 5.6　基于UCC28810带PFC的TRIAC调光LED照明用离线式电源　238 5.6.1　基于UCC28810的25W TRIAC调光LED照明用电源拓扑结构框图　238 5.6.2　配合TRIAC调光器调光的相关电路　239 5.7　照明用LED的数字与无线调光解决方案　241 5.7.1　基于数字控制器iW3610的LED调光解决方案　241 5.7.2　基于C8051F3××全数字PFC的LED调光解决方案　242 5.7.3　一种照明用LED无线调光解决方案　243 5.8　基于调光电子镇流器控制器IRS2530D的LED照明用电源　246 5.8.1　基于IRS2530D的CFL调光电子镇流器　246 5.8.2　基于IRS2530D的照明用LED调光解决方案　249第6章　LED路灯和隧道灯解决方案　252 6.1　LED路灯的优势及目前存在的问题　252 6.1.1　道路照明的发展现状　252 6.1.2　LED路灯的优势与目前存在的问题　253 6.2　道路照明和LED路灯标准　256 6.2.1　道路照明评价指标　256 6.2.2　道路照明标准　257 6.2.3　LED路灯标准　261 6.3　LED路灯配光方案　265 6.3.1　LED路灯的配光要求　265 6.3.2　LED路灯的配光方案　267 6.4　LED路灯散热设计　274 6.4.1　散热对LED光源的重要性和必要性　274 6.4.2　LED路灯灯具的热分析和散热设计的一般原则　276 6.4.3　LED路灯散热方案　280 6.5　LED路灯驱动电源　284 6.5.1　对LED路灯驱动电源的基本要求　284 6.5.2　LED路灯驱动电源电路　286 6.6　太阳能LED路灯　317 6.6.1　太阳能LED路灯的组成与工作原理　318 6.6.2　基于微控制器STM32F101RXT6的太阳能LED路灯解决方案　325 6.6.3　目前太阳能LED路灯存在的问题　326 6.6.4　风光互补LED路灯　327 6.7　LED隧道灯　329 6.7.1　隧道照明的特点　329 6.7.2　隧道照明标准　330 6.7.3　LED光源在隧道照明应用中的优势　332 6.7.4　LED隧道灯配光设计考虑　334 6.7.5　LED隧道照明应用存在的问题　336第7章　智能照明和无线照明控制技术　337 7.1　智能照明和无线照明控制协议与技术　337 7.1.1　智能照明控制系统协议和标准　337 7.1.2　无线照明控制技术　340 7.1.3　基于新一代无线通信技术的智能照明监控系统　342 7.2　DALI数字控制照明系统　344 7.2.1　DALI的主要功能与特点　344 7.2.2　DALI照明系统　345 7.3　采用DMX512协议的LED灯具控制系统　351 7.3.1　DMX512协议的特点　351 7.3.2　采用DMX512协议的LED灯具控制系统　351 7.4　基于ZigBee+GPRS的LED路灯远程监控系统　355 7.4.1　系统特点　355 7.4.2　系统组成与基本功能　355参考文献　358

第1章　概述　1 1.1　LED的发光机理及其基本特性　1 1.1.1　LED的发光机理　1 1.1.2　LED的基本结构　2 1.1.3　LED的主要特性及参数　3 1.2　照明用大功率白光LED　5 1.2.1　LED白光产生方法　6 1.2.2　大功率白光LED的基本结构　6 1.2.3　几种大功率白光LED　9 1.3　交流(AC)市电电源直接驱动的“AC LED”　15 1.3.1　AC LED的发明颠覆了传统应用方案　15 1.3.2　AC LED的工作原理　16 1.3.3　AC LED的封装及其特性　17 1.3.4　AC LED的应用　22 1.3.5　AC LED的新发展　23 1.4　白光OLED固态照明光源　24 1.4.1　OLED的基本结构与发光原理　24 1.4.2　白光OLED的制备方法　25 1.4.3　白光OLED的特点及其应用于照明的前景　26 1.5　低碳经济给半导体照明带来无限商机和光明的未来　28 1.5.1　固态照明光源的优势　28 1.5.2　推行半导体照明是发展低碳经济的必然要求　30 1.5.3　LED光源开始进入主流普通照明市场　32 1.6　中国LED照明产业快速成长，面临前所未有的发展机遇　33 1.6.1　中国政府大力支持和推进LED照明产业　33 1.6.2　LED为北京奥运会和上海世博会增光添彩　35 1.6.3　中国LED照明产业快速成长　37 1.7　半导体照明产业进入标准化时期　39 1.7.1　国外和国内照明用LED标准的制定情况　39 1.7.2　建立健全LED标准体系，任重而道远　45第2章　LED普通照明解决方案　47 2.1　普通照明用LED模块、电子控制装置及自镇流LED灯　47 2.1.1　普通照明用LED模块　47 2.1.2　LED模块用直流或交流电子控制装置　48 2.1.3　普通照明用自镇流LED灯　50 2.2　普通照明用LED对驱动电源的基本要求　51 2.2.1　普通照明用LED驱动电源的性能要求　51 2.2.2　普通照明用LED驱动电源的安全要求　53 2.3　普通照明用LED驱动电源基本架构选择　56 2.3.1　非隔离降压(Buck)型拓扑　56 2.3.2　反激式拓扑　57 2.3.3　半桥LLC拓扑　60 2.4　普通照明用LED离线式电源的功率因数校正　61 2.4.1　功率因数校正(PFC)的目的　61 2.4.2　照明用LED离线式电源PFC主要方案　62 2.5　照明用LED的调光解决方案　70 2.5.1　调光基本概念及对LED调光的基本要求　70 2.5.2　LED调光解决方案　71 2.5.3　调光解决方案选择　73 2.6　LED灯具设计　73 2.6.1　灯具基本概念与LED灯具的特殊性　73 2.6.2　国际和国内LED灯具相关标准简介　76 2.6.3　LED灯具的散热解决方案　82 2.6.4　LED光源模块设计　86 2.6.5　LED灯具的二次光学设计　94 2.6.6　提高LED灯具效率和照明系统光效的途径　96 2.6.7　突破传统灯具概念，设计现代照明LED灯具　99第3章　普通照明用LED离线式驱动电路　100 3.1　MR16 LED灯驱动电路　100 3.1.1　基于降压式拓扑结构的MR16 LED灯驱动电路　100 3.1.2　基于降压-升压式拓扑结构的MR16 LED灯驱动电路　106 3.2　无需磁性元件和外加整流器的离线式恒流LED驱动电路　110 3.2.1　基于ZD831的离线式恒流LED驱动电路　110 3.2.2　基于ZD832的通用AC线路输入恒流LED驱动电路　114 3.3　离线式降压型大功率LED驱动电路　120 3.3.1　基于MXHV9910的离线式LED驱动电路　120 3.3.2　基于PT6901的离线式LED驱动电路　123 3.4　基于开关电源反激式拓扑的离线式LED驱动电路　124 3.4.1　基于SSL1523P的离线式LED驱动电路　124 3.4.2　基于控制器NCP1351的AC通用输入LED驱动电路　127 3.4.3　基于ACT355A/ACT357A/ACT50的AC通用输入LED驱动电路　133 3.4.4　基于LNK605DG和TNY279GN的离线式LED驱动电路　137第4章　带功率因数校正(PFC)的LED照明用驱动电源　140 4.1　带填谷式无源PFC的LED照明用驱动电源　140 4.1.1　基于PT4107并带填谷式电路的18W LED日光灯电源　140 4.1.2　基于TNY279PN带填谷式无源PFC的18W LED照明用电源　141 4.1.3　基于ACT50带填谷式无源PFC的12W LED照明用电源　143 4.2　基于NCP1014的8W单级PFC反激式LED照明用电源　146 4.2.1　NCP1014的主要特点　146 4.2.2　基于NCP1014的8W单级PFC反激式LED照明用电源　146 4.3　基于TOP250YN的单级PFC反激式75W LED照明用电源　151 4.3.1　电路拓扑及其工作原理　151 4.3.2　电路中主要元器件的选择　154 4.3.3　性能测试结果及PCB参考线路　155 4.4　基于降压-升压和降压式变换器的单级PFC LED照明用电源　157 4.4.1　HV9931的结构及特点　157 4.4.2　基于HV9931的单级PFC LED照明用电源　158 4.5　基于单级有源PFC控制器的LED照明用电源　161 4.5.1　基于AP1661的单级PFC反激式LED照明用电源　161 4.5.2　基于NCL30000的单级PFC反激式LED照明用电源　162 4.6　基于iW2202数字单级PFC控制器的LED照明用电源　173 4.6.1　iW2202的封装、内部结构及引脚功能　173 4.6.2　iW2202的主要电气特性参数和特点　174 4.6.3　iW2202的工作原理　174 4.6.4　基于iW2202的单级PFC 70W LED照明用电源电路与设计　176 4.7　带有源PFC的两级或多架构LED照明用电源　178 4.7.1　基于PFC/反激式控制器SSL1750T的LED照明用电源　178 4.7.2　基于PFC/PWM控制器SPI-9150的120W LED照明用电源　182 4.7.3　基于UCC28810/UCC28811带PFC的LED照明用电源　186第5章　可调光LED照明用离线式电源　191 5.1　TRIAC调光器　191 5.1.1　TRIAC调光器基本电路　191 5.1.2　TRIAC调光器在离线式LED驱动电源中的连接　192 5.2　恩智浦(NXP)半导体照明用LED的TRIAC调光解决方案　193 5.2.1　基于SSL1523的LED TRIAC调光解决方案　193 5.2.2　基于SSL2101/SSL2102的LED TRIAC调光解决方案　193 5.3　基于LM3445的TRIAC调光离线式LED照明用电源　202 5.3.1　LM3445的引脚功能及特点　202 5.3.2　LM3445的TRIAC调光原理　203 5.3.3　基于LM3445的TRIAC调光LED照明用电源　204 5.3.4　基于LM3445的TRIAC调光10W LED照明用电源解决方案　208 5.4　基于LinkSwitch-PL系列IC的单级PFC非隔离反激式TRIAC调光LED照明用电源　211 5.4.1　LinkSwitch-PL的引脚功能及特点　211 5.4.2　LinkSwitch-PL系列IC的选用　213 5.4.3　基于LinkSwitch-PL的TRIAC调光LED驱动电源　214 5.5　基于LinkSwitch-PH的TRIAC调光单级PFC一次侧恒流控制LED照明用电源　216 5.5.1　LinkSwitch-PH的结构及特点　216 5.5.2　LinkSwitch-PH的功能与工作原理　218 5.5.3　采用LinkSwitch-PH的TRIAC调光LED照明用电源　221 5.6　基于UCC28810带PFC的TRIAC调光LED照明用离线式电源　238 5.6.1　基于UCC28810的25W TRIAC调光LED照明用电源拓扑结构框图　238 5.6.2　配合TRIAC调光器调光的相关电路　239 5.7　照明用LED的数字与无线调光解决方案　241 5.7.1　基于数字控制器iW3610的LED调光解决方案　241 5.7.2　基于C8051F3××全数字PFC的LED调光解决方案　242 5.7.3　一种照明用LED无线调光解决方案　243 5.8　基于调光电子镇流器控制器IRS2530D的LED照明用电源　246 5.8.1　基于IRS2530D的CFL调光电子镇流器　246 5.8.2　基于IRS2530D的照明用LED调光解决方案　249第6章　LED路灯和隧道灯解决方案　252 6.1　LED路灯的优势及目前存在的问题　252 6.1.1　道路照明的发展现状　252 6.1.2　LED路灯的优势与目前存在的问题　253 6.2　道路照明和LED路灯标准　256 6.2.1　道路照明评价指标　256 6.2.2　道路照明标准　257 6.2.3　LED路灯标准　261 6.3　LED路灯配光方案　265 6.3.1　LED路灯的配光要求　265 6.3.2　LED路灯的配光方案　267 6.4　LED路灯散热设计　274 6.4.1　散热对LED光源的重要性和必要性　274 6.4.2　LED路灯灯具的热分析和散热设计的一般原则　276 6.4.3　LED路灯散热方案　280 6.5　LED路灯驱动电源　284 6.5.1　对LED路灯驱动电源的基本要求　284 6.5.2　LED路灯驱动电源电路　286 6.6　太阳能LED路灯　317 6.6.1　太阳能LED路灯的组成与工作原理　318 6.6.2　基于微控制器STM32F101RXT6的太阳能LED路灯解决方案　325 6.6.3　目前太阳能LED路灯存在的问题　326 6.6.4　风光互补LED路灯　327 6.7　LED隧道灯　329 6.7.1　隧道照明的特点　329 6.7.2　隧道照明标准　330 6.7.3　LED光源在隧道照明应用中的优势　332 6.7.4　LED隧道灯配光设计考虑　334 6.7.5　LED隧道照明应用存在的问题　336第7章　智能照明和无线照明控制技术　337 7.1　智能照明和无线照明控制协议与技术　337 7.1.1　智能照明控制系统协议和标准　337 7.1.2　无线照明控制技术　340 7.1.3　基于新一代无线通信技术的智能照明监控系统　342 7.2　DALI数字控制照明系统　344 7.2.1　DALI的主要功能与特点　344 7.2.2　DALI照明系统　345 7.3　采用DMX512协议的LED灯具控制系统　351 7.3.1　DMX512协议的特点　351 7.3.2　采用DMX512协议的LED灯具控制系统　351 7.4　基于ZigBee+GPRS的LED路灯远程监控系统　355 7.4.1　系统特点　355 7.4.2　系统组成与基本功能　355参考文献　358
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