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驅(qū)動LED的好方法

發(fā)布時(shí)間:2022-10-27 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】LED技術(shù)推動照明領(lǐng)域的一場革命。因結(jié)合小型、低功耗、高可靠性和低成本,使得照明可以在不可能使用白熾燈或熒光燈技術(shù)的地方實(shí)現(xiàn)。因此,LED照明在辦公室、家庭甚至在汽車上激增。



LED技術(shù)推動照明領(lǐng)域的一場革命。因結(jié)合小型、低功耗、高可靠性和低成本,使得照明可以在不可能使用白熾燈或熒光燈技術(shù)的地方實(shí)現(xiàn)。因此,LED照明在辦公室、家庭甚至在汽車上激增。


目前固態(tài)照明方案的主要缺點(diǎn)不是LED本身,而是提供照明能量的電源。這些開關(guān)電源(Switched-Mode Power Supplies;SMPS)的預(yù)期壽命比LED短得多,主要是因?yàn)樗鼈兯拇判越M件(magnetic components)和電解電容(electrolytic capacitors)的使用壽命。此外,含有風(fēng)扇等主動(active)冷卻設(shè)備的開關(guān)電源尤其易受到在初期故障影響,而另一個(gè)缺點(diǎn)是SMPS的體積龐大,是電磁干擾(Electro-Magnetic Interference;EMI)的主要原因??紤]到尺寸和有限的照明安裝空間,SMPS不太可能與LED安裝在相同的PCB上,因此需要互連和引線,這是另一個(gè)潛在的故障原因。


然而,電力技術(shù)和拓?fù)涞淖钚逻M(jìn)展包含交流直接驅(qū)動(Direct AC Drive;DACD)電源方案的出現(xiàn)。這種新方法完全無需傳統(tǒng)的SMPS,在成本、體積、使用壽命及可靠性方面提供多種優(yōu)勢,然而,并不是所有的DACD方案都相同。


DACD拓?fù)?/p>

所有DACD方案的共同之處是輸入橋式整流器(bridge rectifier),使用經(jīng)典的4個(gè)二極管配置,將50/60Hz輸入交流波形(AC waveform),校正為100/120Hz半正弦波(half-sine wave)。峰值振幅(peak amplitude)從110V交流輸入的155V左右變化到230V交流輸入的325V,但原理保持不變。


用于LED驅(qū)動的DACD拓?fù)渫ǔ7譃閮煞N配置,每一種都各有優(yōu)缺點(diǎn)(圖1)。


驅(qū)動LED的好方法

圖1 典型的DACD拓?fù)浼捌渲饕奶攸c(diǎn)。


這兩種方法都支持采用單板(single board)方案,而不是SMPS方案所需的雙板方案。分流型(shunt type)DACD采用單片IC,降低物料清單(Bill of Material;BOM)成本,并且還具有可擴(kuò)充的優(yōu)點(diǎn),但散熱性能相對較差。


相比之下,旁路類型(bypass type)傾向于使用多個(gè)IC,因而導(dǎo)致更高的BOM成本,這種方法更適合需要許多LED燈串的應(yīng)用。與分流法相比,雖然擴(kuò)展性有限,但電氣性能(electrical performance)更好,總諧波失真率(Total Harmonic Distortion;THD)通常小于10%,而分流法為30%左右。


雖然與傳統(tǒng)的開關(guān)電源法相比,DACD法有顯著的進(jìn)步,但并不是驅(qū)動現(xiàn)代LED應(yīng)用的理想方案。目前市場上仍有許多IC的DACD方案,但這些方案在線路電壓調(diào)整(line regulation)、散熱性能(thermal performance)、突波電阻(surge resistance)、調(diào)光能力和成本方面都能改進(jìn)。


圖2顯示DACD方案的基本工作模式。當(dāng)交流線路電壓通過半正弦時(shí),IC內(nèi)的開關(guān)指示電流(ILEDn)照亮每個(gè)LED。但這種線性開關(guān)法有一個(gè)主要的缺點(diǎn),即高THD。


驅(qū)動LED的好方法

圖2 基本工作波形和電路圖。


最新的好方法

最新的DACD方案之一是安森美半導(dǎo)體的NCL30170。基于分流拓?fù)?,它提供前述方法的所有?yōu)點(diǎn),包含:是單個(gè)IC方案,具有較低的BOM成本及易于擴(kuò)展功率。此種新方案的一個(gè)獨(dú)特性是能夠驅(qū)動多個(gè)外部MOSFET開關(guān),支持多個(gè)LED燈串連接,功率能從10W擴(kuò)展到200W,連接的LED燈串總數(shù)和外部開關(guān)僅受最高功率水平的限制。


驅(qū)動LED的好方法

圖3 NCL30170是單輸出、多串、分流DACD方案。


在大多數(shù)應(yīng)用中,盡管電源電壓波動,但LED亮度保持不變是很重要的。通常,DACD驅(qū)動器能夠?qū)崿F(xiàn)±10%的穩(wěn)壓,而新組件可達(dá)到±1%,這是非常顯著的提升,因而確保連接LED的持續(xù)光輸出。


新組件用一種特有的方法來調(diào)節(jié)電流,而不是用于傳統(tǒng)DACD方案的線性方法。電壓觸發(fā)點(diǎn)保持不變,但以此種方式調(diào)節(jié)電流使其不再是一個(gè)階梯形狀,因而產(chǎn)生平滑的正弦波電流(sinusoidal current)(圖4右),導(dǎo)致低于10%的極佳THD水平。


 驅(qū)動LED的好方法

圖4 專有的電流平滑/整形提供平滑的正弦波形。


除了極佳的THD,新CACD方案還提供較佳的功率因子校正(Power Factor Correction;PFC)性能,超過0.98。


有效調(diào)光的重要性

在許多應(yīng)用中,能進(jìn)行LED調(diào)光很重要,能透過脈沖寬度調(diào)變(Pulse Width Modulation;PWM)技術(shù)(通常稱為切相)或模擬控制來實(shí)現(xiàn)。PWM提供大范圍的調(diào)光能力,但亦有明顯的缺點(diǎn),包括閃爍,這已被證實(shí)會造成處于這種視線環(huán)境的人頭痛,高電頻的PWM調(diào)光也會導(dǎo)致在室內(nèi)使用時(shí)產(chǎn)生不受歡迎的聲頻噪聲(audible noise)。


雖然許多DACD方案能調(diào)低到10%,新方案能夠提供5%的模擬調(diào)光,進(jìn)而滿足具有挑戰(zhàn)性的現(xiàn)代應(yīng)用需求。該設(shè)備在整個(gè)亮度范圍內(nèi)保持穩(wěn)壓,進(jìn)而確保即使在低功率下,從LED發(fā)出的光仍然保持不變。


對于使用TRIAC的切相調(diào)光器,新CACD方案的PWM性能確保照明方案非常適用于改裝應(yīng)用。


總結(jié)

LED照明在目前照明方案中占很大比重。由于現(xiàn)代應(yīng)用的低功耗、低成本和小尺寸的要求,將使這比例增長,用更加靈活和通用的LED照明汰換舊的白熾燈裝置亦將是未來成長的重要推力。


直到最近,SMPS一直被用于為LED裝置供電,但存在耐用性和使用壽命的問題,而且體積龐大,使得在受限空間安裝LED方案變得復(fù)雜與受限。


近期,DACD已成為一種為LED燈串供電的可行技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)解決SMPS的許多缺點(diǎn),特別是耐用性和使用壽命、大小和成本,且未來將大幅促進(jìn)更多的LED照明裝置。現(xiàn)在,業(yè)者開發(fā)的新CACD組件有助于交流直接技術(shù)提供應(yīng)用所需的性能、靈活性和耐用性,應(yīng)用于許多終端市場領(lǐng)域。

(來源:中電網(wǎng))



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