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有對于LED照明體系的設(shè)計技能

時間：2013-05-08 來源：未知作者：藥品網(wǎng)ypw.cc 我要糾錯

led照明將會代替主流的白熾照明和其余照明技術(shù)，盤踞市場主導(dǎo)地位。但從舊技術(shù)到新技術(shù)的轉(zhuǎn)換還須要多年時間。在此期間，LED照明燈設(shè)計師所面臨的挑釁是如何確保新設(shè)計與底本為白熾照明開發(fā)的現(xiàn)有控制器和布線架構(gòu)實(shí)現(xiàn)兼容和牢靠工作。本文所先容的是可同時實(shí)用于低功率和高功率LED照明系統(tǒng)的解決計劃，它久經(jīng)考驗(yàn)，無比成熟。

調(diào)光掌握器

照明控制器以線路調(diào)光或PWM調(diào)光的方式進(jìn)行工作。最簡略的線路調(diào)光方式是前沿可控硅控制器。這是目前最常用的照明控制方法，但可憐的是，使用可控硅控制器對LED燈進(jìn)行調(diào)光時會產(chǎn)生大批問題。更進(jìn)步的線路調(diào)光器是電子前沿或后沿調(diào)光器。PWM調(diào)光器則用于專業(yè)照明體系。

應(yīng)用前沿可控硅調(diào)光器時，調(diào)光節(jié)制是通過轉(zhuǎn)變可控硅導(dǎo)通每個半周期的相位角來實(shí)現(xiàn)的。燈泡的輸入功率與調(diào)光信號的相位角成必定的函數(shù)關(guān)聯(lián)，相位角的變更范疇介于瀕臨0°到180°之間。

可控硅的主要參數(shù)之一是維持電流(IH)。這是可控硅在不使用柵極驅(qū)動的情況下堅持導(dǎo)通所必須維持的最小負(fù)載。為維持可控硅的穩(wěn)固工作，該電流不能為零，IH的典范值介于8mA到40mA。因此，白熾燈的相位角調(diào)光器通常有一個規(guī)定的最小負(fù)載，230V額外交流電壓下通常為40W。這是為了確保流經(jīng)內(nèi)部可控硅的電流始終高于所劃定的維持電流閾值。因?yàn)長ED照明的功耗十分低，維持電流將成為一個問題。

另一個潛在問題是浪涌電流�？煽毓鑼�(dǎo)通時，高浪涌電流會流入LED燈。最差情況就是相位角到達(dá)90°，而此時AC輸入電壓到達(dá)峰值。對白熾燈來說，浪涌電流不會構(gòu)成問題。但在LED燈中，驅(qū)動器的輸入級阻抗和線路電容會造成振蕩。發(fā)生振蕩時，可控硅電流將即時降到維持電流以下，使可控硅停滯導(dǎo)通。

LED燈泡的結(jié)構(gòu)

一個LED照明燈泡包括一個到十多少個甚至更多的LED芯片，它們通常串聯(lián)在一起。每個芯片的發(fā)光明度由通過其中的電流大小決定。因?yàn)椴扇〈?lián)銜接方法，燈泡內(nèi)每個LED芯片會主動通過雷同的電流，但每個芯片上的電壓各不雷同。LED的正向電壓降通常為3.4V，但會在2.8V到4.2V之間變化�？梢詫ED進(jìn)行分類以限度電壓變動幅度，但這會增長成本，并且正向電壓降仍會隨溫度和使用時間產(chǎn)生變化。要想提供一致的光輸出，LED照明燈泡必須由嚴(yán)格規(guī)定的高效恒流電源驅(qū)動。作為白熾燈的替換品LED燈，該電源必須集成在燈殼內(nèi)。

典范集成LED燈包括驅(qū)動電路、LED集束以及可同時為驅(qū)動器和LED芯片提供機(jī)械維護(hù)和散熱的外殼。

LED驅(qū)動器的請求十分嚴(yán)厲。它必需是高效節(jié)能的，必需滿意嚴(yán)厲的EMI和功率因數(shù)規(guī)格，并能保險地耐受各種故障前提。其中最為艱苦的要求之一是要有調(diào)光功效。因?yàn)長ED燈的特性與專為白熾燈所設(shè)計的調(diào)光掌握器之間存在不匹配，因而輕易造成機(jī)能不佳。問題可能表示為啟動速度慢、閃耀、光照不平均、或在調(diào)劑光明度時呈現(xiàn)閃耀。此外，還存在各個單元機(jī)能不一致以及LED燈發(fā)出可聞噪聲等問題。這些負(fù)面情形通常是由誤觸發(fā)或過早關(guān)斷節(jié)制器以及LED電流把持不當(dāng)?shù)纫蛩鬲?dú)特造成的。

要想解決這些問題，就必須修正LED驅(qū)動器的規(guī)格和設(shè)計。

非隔離式可調(diào)光LED驅(qū)動器

圖1所示為可用于替代白熾燈的LED燈的非隔離式可調(diào)光LED驅(qū)動器的基礎(chǔ)運(yùn)用電路圖。下面將先容驅(qū)動器的功能，以便說明該驅(qū)動器在成為可控硅調(diào)光器的負(fù)載時將會呈現(xiàn)的問題。

LED路燈; 該控制器是Power Integrations(PI)推出的LinkSwitch-PL器件。它在一個單片IC上集成了高壓功率MOSFET開關(guān)和電源控制器。該器件提供單級功率因數(shù)校訂(PFC)和LED電流控制。該電路可用作非持續(xù)模式、可變頻率、可變導(dǎo)通時間反激式轉(zhuǎn)換器。整流后的交流電源輸入由集成的725V功率MOSFET通過高頻變壓器進(jìn)行開關(guān)。次級繞組上產(chǎn)生的電壓在變成LED負(fù)載之前會被整流和平滑。LED負(fù)載電流還流經(jīng)檢測電阻RSENSE。RSENSE上發(fā)生的電壓(典型值為290mV)會通過RF涌現(xiàn)在反饋(FB)引腳，從而提供準(zhǔn)確的恒流反饋控制。DES和RES為LinkSwitch-PL供電，DZOV和ROV在LED開路時提供過壓掩護(hù)。

本設(shè)計中的輸出電流與電源變壓器的特性無關(guān)。電感變更對恒流特性無任何影響。因此，這能使恒流特性存在無比嚴(yán)格的容差，這在單級轉(zhuǎn)換器中異常凸起。

在履行調(diào)光控制時，LinkSwitch-PL器件會同時檢測輸入電壓過零點(diǎn)和可控硅調(diào)光器的導(dǎo)通角。輸入電壓過零點(diǎn)的檢測是通過漏極節(jié)點(diǎn)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的。控制電路會處置此數(shù)據(jù)并設(shè)定需要的反饋電壓，從而設(shè)定LED負(fù)載電流。

浪涌電流

如圖1所示路燈，驅(qū)動器對可控硅控制器構(gòu)成高阻抗、大電容負(fù)載。此外，還將有電容和電感所形成的輸入EMI濾波電路。在每個半周期，都會發(fā)生浪涌電流，從而造成振蕩(如上所述)。

要想實(shí)現(xiàn)無端障的調(diào)光工作，驅(qū)動器必須可以制約振蕩并避免可控硅電流降到保持電流值以下。圖2所示為具備此功能的驅(qū)動器的完全電路圖。

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圖 2：用于A19白熾燈調(diào)換燈的5W、15V可控硅調(diào)光LED驅(qū)動器的電路圖。

圖2中的電路供給350mA的單路恒流輸出和15V的LED串電壓太陽能路燈價格。應(yīng)用尺度交流電源可控硅調(diào)光器可將輸出電流減小1%(3mA)，并且不會造成LED負(fù)載不穩(wěn)固或閃爍。該驅(qū)動器可同時兼容低本錢的可控硅調(diào)光器和更龐雜的電子前沿及后沿調(diào)光器。

該驅(qū)動器的功能增添了輸入EMI濾波和三個可控硅調(diào)光所特有的元件：一個無源衰減電路、一個有源衰減電路和一個泄放電路太陽能路燈。

輸入EMI濾波可確保合乎IEC環(huán)形波和EN55015傳導(dǎo)EMI劃定。然而，要害點(diǎn)在于LinkSwitch-PL把持器集成了內(nèi)置的頻率抖動特征。該特征可疏散開關(guān)頻率和下降EMI峰值，使EMI濾波電路的尺寸遠(yuǎn)低于畸形請求。這有助于大幅減小對可控硅帶來的電理性負(fù)載，從而下降產(chǎn)生振蕩的可能性。

電阻R20形成無源衰減電路。有源衰減電路在每個交換半周期通過輸入整流管銜接串聯(lián)電阻(R7跟R8)，在剩下的交換周期則通過并聯(lián)可控硅整流器 (Q3)繞過該電阻。電阻R3、R4和C3決議Q3導(dǎo)通前的延遲時光，而后將衰減電阻R7和R8短路。無源衰減電路跟有源衰減電路可在每個半周期可控硅導(dǎo)通時，獨(dú)特限度峰值浪涌電流。

電阻R10、R11和C6構(gòu)成泄放電路，確保初始輸入電流量能夠知足可控硅的保持電流要求，特殊是在導(dǎo)通角較小的情形下太陽能路燈。對非調(diào)光利用，則能夠省去無源衰減電路、有源衰減電路以及泄放電路。

隔離式LED驅(qū)動器

圖2中的驅(qū)動器針對低功率、電氣非隔離式集成LED調(diào)換燈專門優(yōu)化過。PI針對要求電氣隔離的更高功率LED照明體系，推出了LinkSwitch-PH控制器。圖3所示(詳見本刊網(wǎng)站)為使用LinkSwitch-PH的隔離式LED驅(qū)動器的電路圖LED燈具。

該電路可能在90VAC至265VAC的輸入電壓范疇內(nèi)對28V的額外LED串電壓供給0.5A驅(qū)動電流，其特性包含超寬調(diào)光規(guī)模、無閃爍工作(即便使用低本錢的交流輸入可控硅調(diào)光器)以及疾速平滑的導(dǎo)通。

它所使用的拓?fù)錁?gòu)造是運(yùn)行于持續(xù)導(dǎo)通模式下的隔離反激式構(gòu)造。輸出電流調(diào)節(jié)完整從低級側(cè)檢測，因此無需使用次級反饋元件。單級內(nèi)部控制器調(diào)劑高壓功率MOSFET的占空比，以堅持輸入電流為正弦交流電，從而確保高功率因數(shù)和低諧波電流。

在任何LED照明安裝中，驅(qū)動器的性能都決議著終極用戶的照明休會，包含啟動時光、調(diào)光、無閃爍工作和各單元之間的一致性。14 W驅(qū)動器可同時在115 VAC和230 VAC下兼容各種調(diào)光器并兼容盡可能寬的調(diào)光規(guī)模。因而，衰減電路和泄放電路會起到絕對踴躍的作用，但這會讓效力降落。即便如斯，該電路的效力仍能在115 VAC下≥85%，在230 VAC下≥87%。假如不須要調(diào)光功效，可省去衰減電路和泄放電路，可獲得更高的效率。

該電路的功能與圖2中的電路大體類似，最顯明的差別是該電路采取了電氣隔離，不使用與負(fù)載串聯(lián)的檢測電阻LED路燈。反饋控制通過變壓器上的偏置繞組提供。反饋控制具備兩項功能：經(jīng)過旁路(BP)輸入對LinkSwitch-PH供電，經(jīng)過反饋(FB)輸入提供電流反饋。LinkSwitch-PH提供的另一個主要輸入是電壓監(jiān)測(V)。該引腳與外部輸入電壓峰值檢測器接口相連，后者由D1、C3、R1、R2和R3構(gòu)成。外加電流用于控制輸入欠壓(UV)和過壓(OV)的結(jié)束邏輯，并提供前饋信號以控制輸出電流和遠(yuǎn)程開/關(guān)功能。該電路集成了衰減電路和泄放電路，以確�？煽毓韫ぷ�(見圖6)。

跟著LED照明市場潛力的一直擴(kuò)展，上述設(shè)計調(diào)和凸顯出了一系列哲學(xué)識題。既然新技巧的功耗只是舊技巧的非常之一，在會降低效率(即增添功耗)的情況下，是否真的有必要與所有舊的可控硅控制器實(shí)現(xiàn)兼容？當(dāng)使用一個最低負(fù)載規(guī)格為40W的1000W可控硅控制器提供驅(qū)動時，咱們是否讓一個5W LED燈準(zhǔn)確工作呢？是的，這是可以做到的，興許應(yīng)當(dāng)盡快做到。但咱們必須謹(jǐn)記，完全照明解決計劃的終極目的是實(shí)現(xiàn)最大效率和最低性命周期成本路燈。