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发表于 2014-12-24 09:53:22 | 显示全部楼层 |阅读模式

摘要: LED照明将会取代主流的白炽照明和其他照明技术,占据市场主导位置。但从旧技术到新技术的转换还需要多年时间。在此期间,LED灯设计师所面临的挑战是如何确保新设计与原本为白炽照明开发的现有控制器和布线架构实现兼.




LED照明将会取代主流的白炽照明和其他照明技术,占据市场主导位置。但从旧技术到新技术的转换还需要多年时间。在此期间,LED灯设计师所面临的挑战是如何确保新设计与原本为白炽照明开发的现有控制器和布线架构实现兼容和可靠工作。本文所介绍的是可同时适用于低功率和高功率LED照明系统的解决方案,它久经考验,非常成熟。
LED灯泡的构造
一个LED灯包含一个到十几个甚至更多的LED芯片,它们通常串联在一起。每个芯片的发光亮度由通过其中的电流大小决定。由于采用串联连接方式,灯泡内每个LED芯片会自动通过相同的电流,但每个芯片上的电压各不相同。LED的正向电压降通常为3.4V,但会在2.8V到4.2V之间变化。可以对LED进行分类以限制电压变动幅度,但这会增加成本,并且正向电压降仍会随温度和使用时间发生变化。要想提供一致的光输出,LED灯必须由严格规定的高效恒流电源驱动。作为白炽灯的替代品LED灯,该电源必须集成在灯壳内。
典型集成LED灯包括驱动电路、LED集束以及可同时为驱动器和LED芯片提供机械保护和散热的外壳。
LED驱动器的要求非常严格。它必须是高效节能的,必须满足严格的EMI和功率因数规格,并能安全地耐受各种故障条件。其中最为困难的要求之一是要有调光功能。由于LED灯的特性与专为白炽灯所设计的调光控制器之间存在不匹配,因此容易造成性能不佳。问题可能表现为启动速度慢、闪烁、光照不均匀、或在调整光亮度时出现闪烁。此外,还存在各个单元性能不一致以及LED灯发出可闻噪声等问题。这些负面情况通常是由误触发或过早关断控制器以及LED电流控制不当等因素共同造成的。
调光控制器
照明控制器以线路调光或PWM调光的方式进行工作。最简单的线路调光方式是前沿可控硅控制器。这是目前最常用的照明控制方式,但不幸的是,使用可控硅控制器对LED灯进行调光时会产生大量问题。更先进的线路调光器是电子前沿或后沿调光器。PWM调光器则用于专业照明系统。
使用前沿可控硅调光器时,调光控制是通过改变可控硅导通每个半周期的相位角来实现的。灯泡的输入功率与调光信号的相位角成一定的函数关系,相位角的变化范围介于接近0°到180°之间。
可控硅的重要参数之一是维持电流(IH)。这是可控硅在不使用栅极驱动的情况下保持导通所必须维持的最小负载。为维持可控硅的稳定工作,该电流不能为零,IH的典型值介于8mA到40mA。因此,白炽灯的相位角调光器通常有一个规定的最小负载,230V额定交流电压下通常为40W。这是为了确保流经内部可控硅的电流始终高于所规定的维持电流阈值。由于LED照明的功耗非常低,维持电流将成为一个问题。
另一个潜在问题是浪涌电流。可控硅导通时,高浪涌电流会流入LED灯。最差情况就是相位角达到90°,而此时AC输入电压达到峰值。对白炽灯来说,浪涌电流不会构成问题。但在LED灯中,驱动器的输入级阻抗和线路电容会造成振荡。发生振荡时,可控硅电流将立即降到维持电流以下,使可控硅停止导通。
要想解决这些问题,就必须修改LED驱动器的规格和设计。
[size=14.399999618530273px]在任何LED照明装置中,驱动器的性能都决定着最终用户的照明体验,包括启动时间、调光、无闪烁工作和各单元之间的一致性。14 W驱 动器可同时在115 VAC和230 VAC下兼容各种调光器并兼容尽可能宽的调光范围。因此,衰减电路和泄放电路会起到相对积极的作用,但这会让效率下降。即使如此,该电路的效率仍能在115 VAC下≥85%,在230 VAC下≥87%。如果不需要调光功能,可省去衰减电路和泄放电路,可取得更高的效率。
[size=14.399999618530273px]随着LED照明市场潜力的不断扩大,上述设计折衷凸显出了一系列哲学问题。既然新技术的功耗只是旧技术的十分之一,在会降低效率(即增加功耗)的情况下,是否真的有必要与所有旧的可控硅控制器实现兼容?当使用一个最低负载规格为40W的1000W可控硅控制器提供驱动时,我们能否让一个5W LED灯正确工作呢?是的,这是可以做到的,也许应该尽快做到。但我们必须谨记,完整照明解决方案的最终目标是实现最大效率和最低生命周期成本。





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