编辑手记:


灯具驱动,是 LED 灯具必不可少的一个元器件。LED 灯珠的额定电压电流是低压直流(1.8-4V之间、20 毫安至  700 毫安不等),而我们除了一些特定的灯具以外,其他都是直接用交流电输入来点亮灯具,所以必须要有一个驱动器来把高压交流的输入电流转换为 LED 适用的低压直流电流。即使是 12V 或者24V 蓄电池直接直流输入,电池也存在充满状态电压高和即将放电完毕状态电压低的问题,换言之也就是电压也会有波动,电压的波动会影响 LED 灯珠的寿命,所以必须都要适用驱动器。


可以说,驱动是保证灯具使用过程中电压恒定的关键。而说起灯具,就不得不从灯具鼻祖白炽灯开始讲起了······



现代照明产品的驱动器发展简介之白炽灯

文 | 吴晓岚


人类对照明的认识从远古时代就存在,从最开始自然界的日光、月光、雷电引燃草木的火光、生物光(萤火虫)、矿物燃烧发光(煤油灯)。这些都是人类直接利用自然光或者间接利用自然光,但是都存在一些不便之处。因此人类社会为了追求可控的光明一直进行不懈的努力。


雷电、日光、月光等都是人类最开始接触的不可控光源。


到了近代社会,1879 年 10 月 21 日,大名鼎鼎的爱迪生打造了第一个能持续点亮 10 小时的灯泡。这使人类社会开始拥有自主控制照明的能力,也拓展了社会的发展能力。写到这里,不免有读者问,不是谈照明产品的驱动吗?怎么谈起白炽灯来了?白炽灯有驱动器吗?


图:1879 年 10 月 21 日,爱迪生制成第一只碳丝白炽灯。


我们这里所谈到的驱动器是个广义的概念: 能够从公共电力系统中,比如市电系统中将电力驱动照明产品发光的部分都叫驱动器。从这个概念来讲,白炽灯也是有驱动器的。那么白炽灯的驱动器是什么呢?这个驱动器其实大家经常看到却往往忽视它。


呐,就是这玩意:


图:电源线。


没错,这些电线就是白炽灯的驱动器。各位读者肯定不以为然。


这只不过是电线而已!


哪有那么简单的驱动器?


不就是把市电(220Vac/110Vac)连接到灯头而已吗?


哪有那么玄乎!


可是我们经常可以听到或者看到新闻中火灾报道经查火灾的起火原因是由于电线老化,电器负载超负荷使用造成”。


这么简短的话,到底是什么意思呢? 实际上这句话的真实含义是由于通过电源线中的电流超过了设计值导致电源线发热,导线外层的绝缘层在高温下失去了防护能力。目前国外比较通用定义导线的是 AWG(美国线规),它是利用数字来标明电源线的直径大小和耐电流能力。



图:AWG线规与电流对照表。


我们国家也有相应的线规,通常是以导线的截面积来标示导线。常用的导线截面积(m㎡)有 1、1.5、 2.5、 4、 6、 10、 16、 25、 35、 50、 70、 95、 120、 150、 185……


可导通的电流估算方式为 2.5m㎡ 以下,以导线截面积乘于 9,例如 1m㎡ 导线的安全电流是 1*9=9A。从 4m㎡及以上导线的载流量和截面数的倍数关系是顺着线号往上排,倍数逐次减 l,即 4×8、6×7、10×6、16×5、 25×4。


如果我们对比 AWG 和我国推荐的线规导电电流值,各位有没有发现,同样 1m㎡ 左右的电线,为什么 AWG 允许电流比我们国家标准要求低很多呢?难道我们对安全的重视程度不如国外?


AWG17# 截面积 1.026m㎡ 正常电流 4.1A 最大电流 4.7A。


1m㎡  国标建议的安全电流是 9A  4.1A Vs 9A。不过如果你有注意到我们国家的市电电压是 220Vac 而北美的市电电压是 110Vac 的时候,你就应该明白由于北美地区的输入电压比我们的输入电压低一半,因此在相同铜线截面积情况下(意味着导线电阻相同) I=U/R,通过的电流也比我们的输电系统低一半。 所以虽然 AWG 和国标在相同导线截面积相同情况下,推荐的安全电流相差很大,但是安全标准却是相同的。



图:白炽灯伏安特性曲线图


我们从上图的的白炽灯伏安特性曲线图甲中,可以看出白炽灯的伏安特性曲线基本上是线性,而且几乎是从 0 点开始。另外白炽灯的 PF(功率因素)是 1,我们可以把白炽灯的负载特性看成是纯电阻阻抗,这一点很重要,我们以后会经常跟 PF 打交道。


最后,来一个小小的测试题:


图乙中有三个白炽灯灯泡,L1/L2/L3,假设使用的导线截面积是 1m㎡。如果你来负责设计和选用灯泡,你该怎么样向你的客户推荐何种类型灯泡?


答案:因为导线的截面积是1m㎡,最大驱动电流 9A,按降额 80% 来计算,实际最大驱动电流 7A。三个灯泡的总功率应小于 220*7=1540W。L3 要选 220Vac 输入电压;L1 和 L2 要选 110vac 输入电压,L1 和 L2 功率要相同。


下一节我们再来聊聊白炽灯之后异军突起的新角:气体放电灯的驱动原理。



吴晓岚

郎明纳斯光电中国区FAE(现场应用工程)经理

曾在Philips、Topstar任职

专注驱动电源的设计和开发

熟悉电源开发技术中的各类IC使用;磁性材料;电路架构等等

云知光专栏作者



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本文作者:吴晓岚

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我以为我们能一起走到最后

谁知道,

你走两步就说要用照明护照测光谱