LED照明设计基础知识.pdf

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本文分享了安森美半导体产品应用专家Bernie Weir先生的一些重要的LED照明设计基础知识,如驱动器的通用要求、驱动器电源的拓扑结
反激 060 正激 LLC半桥谐振拓扑结构 图:常见的隔离型拓扑结构。 采用 电源的照明应用中,可以采用的驱动方式有电阻型、线 性稳压器及开关稳压器等,基本的应用示意图参见图。电阻型驱动方式中,调 整与串联的电流检测电阻即可控制的正向电流,这种驱动方式易于设 计、成本低,且没有电磁兼容问题,劣势是依赖于电压、需要筛选 且能效较低。线性稳压器同样易于设计且没有 问题,还支持电流稳 流及过流保护 ,且提供外部电流设定点,不足在亍功率耗散问题,及 输入电压要始终高于正向电压,且能效不高。开关稳压器通过控制模块不 断控制开关的开和关,进而控制电流的流动。 Transistor 案 Ref Vinl R Rf 电阻壅 线性稳压置 开关稳压置 图:常见的 驱动方式。 开关稳压器具有更高的能效,与电压无关,且能控亮度,不足则是成本相对较 高,复杂度也更高,且存在电磁干扰问题。 开关稳压器常见 的拓扑结构包括降压 升压 降压升压 或单端初级 电感转换器 等不同类型。其中,所有工作条件下最低输入电压都大于 串最大电压时采用降压结构,如采用 驱动颗串联的;与之相 反,所有工作条件下最大输入电压都小于最低输出电压时采用升压结构,如采用 驱动颗串联的 而输入电压与输出电压范围有交迭时可以采用降 压升压或 结构,如采用 或 驱动颗串联的 但这 种结构的成本及能效最不理想 采用交流电源直接驱动的方式近年來也获得了一定的发展,其应用示意图 参见图。这种结构中, 串以相反方向排列,工作在半周期,且在线 路电压大于正向电 压时才导通。这种 结构具有其优势 如避免 转 AC 110V 50k1 卡 换所带来的功率损 耗等。但是,这和 结构中在低频 LED串1导通 开关,故人眼可能 会察觉到闪烁现 象。此外,在这种 ¥ 设计中还需要加入 LED串2导通 保护措施,使 其免受线路浪涌或 瞬态的影响。 图:直接采用交流驱动的示意图。 三、功率因数校正 美国能源部 能源之星 固态照明规范中规定任 何功率等级皆须强制提供功率因数校正。这标准适用于一系列特定产品, 如嵌灯、橱柜灯及台灯,其中,住宅应用的驱动器功率因薮须大于·,而 商业应用中则须人于;但是,这标准属于自愿性标准。欧盟的 谐波含量标准中则规定了功率大于 的照明应用的总谐波失真性能,其最大 限制相当于总谐波失真 ,而功率因数 。虽然不是所有国家 都绝对强制要求照明应用屮改善功率因数,但某些应用可能有这方面的要求,如 公用事业机构大力推动拥有高功率因数的广品在公用设施中的商业应用,此外, 公用事业机构购入维护街灯时,也可以根据他们的意愿来决定是否要求拥有高 功率因数通常 450-480Vdc EMI Filte AC 100-277vac PFC PWM Controller Controller 图:有源的应用电路示意图 技术包括无源及有源两种。无源方案的体积较大,需要增 加额外的元件来更好地改变电流波形,能够达到约或更高的功率因数。其中, 在小于 至 的较低功率应用中,几乎是标准选择的反激式拓扑结构只 需要采用无源元件及稍作电路改动,即可实现高于的功率因数。有源见 图通常是作为一个专门的电源转换段增加到电路中来改变输入电流波形。有 源通常提供升压,交流至 的宽输入范围下,输出电压范 围达直流至 。如果恰当地设计段,可以提供到的高 Line voltage inpu 能效。但增加了有源,仍然需要专门的 转换米提供电流稳流。 2008 Target 35%92% Driver 四、能效问题 照明应用的能效需要结合功率输出来考 LED 虑。美国能源之星同态照明规范规定了照明器 30%51% Package具级的能效,但并不涉及单独驱动器的能 Ⅰ效要求。如前所述,采用 电源的 (Thermal 85%95% 应用可以采用两段式分布拓扑结构,故可能采 Efficiency 用外部 S 适配器供电。而能源之星的确 包含有关单输出外部电源的规范,其版外 Fixture 80%92% Optics N 部电源规范于年月开始生效,要求标 准工作模式下最低能效达,而低压工作模 式下最低能效达;在此规范中,功率大于 Optical Power 17%41% 时才要求 图:美国能源部年秋季提出的照明灯具能效硏发目标。 而在采用 电源的应用中,要提供更高的 转换能效,就涉及 到成木、尺寸、性能规范及能效等因素之间的折衷问题。例如,若使用更高质量 的元件、更低导通阻抗 ,就可降低损耗及改善能效;降低廾关频率一般 会改善能效,但却会增加系统尺寸。诸如谐振这样新的拓扑结构提供更高能效, 却也增加设计及元件的复杂度。如果我们将设计限定在较窄的功率及电压范围, 则可以帮助优化能效。 五、驱动器标准 驱动器本身也在不断演进,着重于进一步提高能效、增加功能及功率密度。 美国能源之星的固态照明规范提出的是照明器具级的能效限制,涉及包括功率 因数在内的特定产品要求。而欧盟的 标准针对采用直 流或交流供电的模块的要求包括: 最大安全特低电压 工作输出电压≤ 不同故障条什下恰当安全的工作 故障时不冒烟或易燃 此外, 驱动器规范仍在制定之中。而在安全性方面,需要遵 从 等标准,如 此外,照明设计还涉及到产品寿命周期及可靠性问题。更详细内容请访问 安森美半导体网站照明应用专区: 总结: 本文分享了安森美半导体产品应用专家 先生的一些重要的照 明设计基础知识,如驱动器的通用要求、驱动器电源的拓扑结构、功率因数校止 电源转换能效及驱动器需要遵从的标准等问题,帮助工程师更好地从事照 明设计。安森美半导休身为全球领宄的高性能、髙能效硅解决方案供应商,针对 不同照明应用,不论其采川何种电源供电,均提供应川所需的高性能电源 转换、功率因数校正及驱动解决方案,辅以高质量的服务及支援,帮助客户在市 场竞争中占据先机。 供稿:安森美半导休 参考资料: ,安森美半导体

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