朱益波：高壓直流供電的LED照明系統(tǒng)
LED燈具的應(yīng)用越來越廣泛，但是其傳統(tǒng)驅(qū)動電源的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LED光源的壽命，壽命不長的驅(qū)動電源可能會毀掉LED產(chǎn)業(yè)，LED燈具的優(yōu)勢也將無法實(shí)現(xiàn)。來自杭州中恒派威電源有限公司的朱益波先生在驅(qū)動、電源與控制技術(shù)分會上介紹了一種由高壓直流供電的LED照明系統(tǒng)。
為了便于將普通照明燈具更換為LED燈具，目前世界各國在每盞LED燈具中都裝有獨(dú)立的開關(guān)型驅(qū)動電源。LED光源的理論壽命可達(dá)10萬小時(shí)，實(shí)際使用壽命也超過7萬小時(shí)，但是目前給LED提供恒流驅(qū)動的開關(guān)電源中，光耦、電解電容等的實(shí)際壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1萬小時(shí)，而且開關(guān)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在LED照明系統(tǒng)中(尤其是在路燈、隧道等環(huán)境較惡劣的場合)，經(jīng)常發(fā)生因驅(qū)動電源出現(xiàn)故障而產(chǎn)生中斷照明的現(xiàn)象，這樣不但影響了LED照明系統(tǒng)的可靠性，還大大增加了維護(hù)成本。
近年來，在通信、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中，為了確保電源不中斷，供電系統(tǒng)通常采用HVDCN+1冗余技術(shù)。將該方案應(yīng)用于LED照明系統(tǒng)，可以確保LED燈具可靠供電，由于采用多模塊并聯(lián)集中供電方案，在每個隧道、礦井、地鐵站等安裝一套電源裝置，給所有燈具提供穩(wěn)定的直流電壓，在每盞燈具內(nèi)只需安裝恒流電路。解決了傳統(tǒng)LED驅(qū)動電源中電路復(fù)雜，元器件多，效率低，可靠性低等問題。該電源裝置采用N+1多電源模塊并聯(lián)，若某個電源模塊發(fā)生故障，其他N只模塊可保證正常供電。更換故障模塊，不影響系統(tǒng)工作。由于供給的直流電壓非常穩(wěn)定，每盞燈具內(nèi)的恒流源均工作在最佳狀態(tài)，功耗很小，可靠性非常高。
在某些重要場合，比如地鐵站、地下商場、機(jī)場、隧道等，該系統(tǒng)只需加裝蓄電池組，即可完成不中斷照明功能，不再需要安裝價(jià)格昂貴的應(yīng)急照明電源(EPS)，從而大大降低照明系統(tǒng)的成本。
在這個直流供電系統(tǒng)中，根據(jù)傳輸距離，為了實(shí)現(xiàn)LED最佳工作并降低線路損耗，電源裝置的輸出直流電壓分別為48V、110V、240V和336V，根據(jù)用戶的實(shí)際要求，上述電壓還可在很寬范圍內(nèi)調(diào)整。
LED照明集中供電裝置由交流配電裝置、整流器模塊、直流配電裝置及監(jiān)控器等部分組成。數(shù)字化整流模塊由輸入EMC、有源PFC、DCDC軟開關(guān)高頻變換器、輸出濾波電路組成。整流模塊還具有輸入過壓、欠壓、輸出過壓、限流和短路保護(hù)以及散熱器過熱保護(hù)等功能，確保照明電源裝置可靠工作。
HVDC集中供電的LED照明系統(tǒng)具有以下幾方面的優(yōu)勢：第一，高可靠性：HVDC直流母線采用N+X冗余供電，采用熱插拔技術(shù)，即使有模塊出現(xiàn)故障，也可以保證不間斷供電，提高了系統(tǒng)供電的可靠性；燈具上只有DC-DC恒流驅(qū)動，與傳統(tǒng)的驅(qū)動電源相比少了一級AC-DC；燈具上恒流驅(qū)動可靠性高、壽命長。第二，高效率：傳統(tǒng)的驅(qū)動電源效率在90%左右，HVDC整流模塊效率大于95%；HVDC監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)N+X冗余模塊的休眠功能，可以保證在各種負(fù)載條件下都保持很高的效率。第三，低成本：高效率高功率因數(shù)減少了交流電網(wǎng)的運(yùn)營費(fèi)用；熱備份、高可靠性減少了設(shè)備的日常維護(hù)費(fèi)用；驅(qū)動電源更長壽命使燈的使用成本更低。
總之，HVDC集中供電照明系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是LED燈具可以做得很簡單，從結(jié)構(gòu)上容易做到互換，保證很好的可維護(hù)性，同時(shí)具有成本低，高可靠性和長壽命的優(yōu)點(diǎn)。
為了便于將普通照明燈具更換為LED燈具，目前世界各國在每盞LED燈具中都裝有獨(dú)立的開關(guān)型驅(qū)動電源。LED光源的理論壽命可達(dá)10萬小時(shí)，實(shí)際使用壽命也超過7萬小時(shí)，但是目前給LED提供恒流驅(qū)動的開關(guān)電源中，光耦、電解電容等的實(shí)際壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1萬小時(shí)，而且開關(guān)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在LED照明系統(tǒng)中(尤其是在路燈、隧道等環(huán)境較惡劣的場合)，經(jīng)常發(fā)生因驅(qū)動電源出現(xiàn)故障而產(chǎn)生中斷照明的現(xiàn)象，這樣不但影響了LED照明系統(tǒng)的可靠性，還大大增加了維護(hù)成本。
近年來，在通信、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中，為了確保電源不中斷，供電系統(tǒng)通常采用HVDCN+1冗余技術(shù)。將該方案應(yīng)用于LED照明系統(tǒng)，可以確保LED燈具可靠供電，由于采用多模塊并聯(lián)集中供電方案，在每個隧道、礦井、地鐵站等安裝一套電源裝置，給所有燈具提供穩(wěn)定的直流電壓，在每盞燈具內(nèi)只需安裝恒流電路。解決了傳統(tǒng)LED驅(qū)動電源中電路復(fù)雜，元器件多，效率低，可靠性低等問題。該電源裝置采用N+1多電源模塊并聯(lián)，若某個電源模塊發(fā)生故障，其他N只模塊可保證正常供電。更換故障模塊，不影響系統(tǒng)工作。由于供給的直流電壓非常穩(wěn)定，每盞燈具內(nèi)的恒流源均工作在最佳狀態(tài)，功耗很小，可靠性非常高。
在某些重要場合，比如地鐵站、地下商場、機(jī)場、隧道等，該系統(tǒng)只需加裝蓄電池組，即可完成不中斷照明功能，不再需要安裝價(jià)格昂貴的應(yīng)急照明電源(EPS)，從而大大降低照明系統(tǒng)的成本。
在這個直流供電系統(tǒng)中，根據(jù)傳輸距離，為了實(shí)現(xiàn)LED最佳工作并降低線路損耗，電源裝置的輸出直流電壓分別為48V、110V、240V和336V，根據(jù)用戶的實(shí)際要求，上述電壓還可在很寬范圍內(nèi)調(diào)整。
LED照明集中供電裝置由交流配電裝置、整流器模塊、直流配電裝置及監(jiān)控器等部分組成。數(shù)字化整流模塊由輸入EMC、有源PFC、DCDC軟開關(guān)高頻變換器、輸出濾波電路組成。整流模塊還具有輸入過壓、欠壓、輸出過壓、限流和短路保護(hù)以及散熱器過熱保護(hù)等功能，確保照明電源裝置可靠工作。
HVDC集中供電的LED照明系統(tǒng)具有以下幾方面的優(yōu)勢：第一，高可靠性：HVDC直流母線采用N+X冗余供電，采用熱插拔技術(shù)，即使有模塊出現(xiàn)故障，也可以保證不間斷供電，提高了系統(tǒng)供電的可靠性；燈具上只有DC-DC恒流驅(qū)動，與傳統(tǒng)的驅(qū)動電源相比少了一級AC-DC；燈具上恒流驅(qū)動可靠性高、壽命長。第二，高效率：傳統(tǒng)的驅(qū)動電源效率在90%左右，HVDC整流模塊效率大于95%；HVDC監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)N+X冗余模塊的休眠功能，可以保證在各種負(fù)載條件下都保持很高的效率。第三，低成本：高效率高功率因數(shù)減少了交流電網(wǎng)的運(yùn)營費(fèi)用；熱備份、高可靠性減少了設(shè)備的日常維護(hù)費(fèi)用；驅(qū)動電源更長壽命使燈的使用成本更低。
總之，HVDC集中供電照明系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是LED燈具可以做得很簡單，從結(jié)構(gòu)上容易做到互換，保證很好的可維護(hù)性，同時(shí)具有成本低，高可靠性和長壽命的優(yōu)點(diǎn)。
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