探討如何解決【LED凈化燈】照明電源設計的核心難題

在LED凈化燈照明電源設計中，存在以下幾個(gè)設計難題：電解電容壽命與LED不相匹配、LED凈化燈閃爍的常見(jiàn)原因與處理辦法、PWM 調光對LED的壽命有何影響、利用TRIAC調光調控LED亮度的潛在問(wèn)題。安森美半導體高級應用工程經(jīng)理鄭宗前在文中針對這些問(wèn)題的發(fā)生原因和解決方法展開(kāi)論述。

　　電解電容壽命與LED不相匹配的問(wèn)題

　　LED照明的一個(gè)重要的考慮因素，就是LED驅動(dòng)電路與LED本身的工作壽命應該能夠相提并論。雖然影響驅動(dòng)電路可靠性的因素有很多，但其中電解電容對總體可靠性有至關(guān)重要的影響。為了延長(cháng)系統工作壽命，需要有針對性地分析應用中的電容，并選擇恰當的電解電容。

　　實(shí)際上，電解電容的有效工作壽命在很大程度上受環(huán)境溫度及由作用在內部阻抗上的紋波電流導致的內部溫升影響。電解電容制造商提供的電解電容額定壽命是根據暴露在最高額定溫度環(huán)境及施加最大額定紋波電流條件下得出的。在105°C時(shí)典型電容額定壽命可能是5,000小時(shí)，電容所實(shí)際遭受的工作應力相比額定電平越低，有效工作壽命也就越長(cháng)。因此，一方面，選擇額定工作壽命長(cháng)及能夠承受高額定工作溫度的電解電容當然能夠延長(cháng)工作壽命。另一方面，根據實(shí)際的應力和工作溫度，仍然可以選擇較低額定工作溫度和額定壽命的電容，從而提供更低成本的解決方案；換個(gè)角度說(shuō)，在設計中考慮保持適當的應力和工作溫度，可以有效地延長(cháng)電解電容的工作壽命，使其更能與LED壽命相匹配。

　　舉例來(lái)說(shuō)，安森美半導體符合“能源之星”固態(tài)照明標準的離線(xiàn)型LED凈化燈驅動(dòng)器GreenPoint?參考設計選擇了松下的ECA-1EM102鋁電解電容，其額定值為1000?F、25 V、850 mA、2,000小時(shí)及85°C.在假定50°C環(huán)境溫度條件下，這電容的可用壽命超過(guò)12萬(wàn)小時(shí)。因此，盡力使LED凈化燈驅動(dòng)電路工作在適宜的溫度條件并妥善處理散熱問(wèn)題，就能實(shí)現LED凈化燈驅動(dòng)電路與LED工作壽命的匹配問(wèn)題。

　　總的來(lái)看，如果LED驅動(dòng)電路中必須使用電解電容，那就必須努力控制電容所受的應用力及工作溫度，從而最大程度延長(cháng)電容工作壽命，以期與LED壽命匹配；另一方面，設計人員也應該盡可能地避免使用電解電容。

LED燈閃爍的常見(jiàn)原因與處理辦法

　　通常人眼能夠感知到頻率達70 Hz的光閃爍，高于這個(gè)頻率則不會(huì )感知。故在LED照明應用中，如果脈沖信號出現頻率低于70 Hz的低頻分量，人眼就會(huì )感受到閃爍。當然，在具體應用中，有多種因素可能導致LED燈閃爍。例如，在離線(xiàn)式低功率LED照明應用中，一種常見(jiàn)的電源拓撲結構是隔離型反激拓撲結構。以安森美半導體符合“能源之星”固態(tài)照明標準的8 W離線(xiàn)型LED驅動(dòng)器GreenPoint?參考設計為例，由于反激穩壓器的正弦方波功率轉換并未給初級偏置提供恒定能量，動(dòng)態(tài)自供電（DSS）電路可能會(huì )激活并引發(fā)光閃爍。為了避免這個(gè)問(wèn)題，必須使初級偏置能夠在每個(gè)半周期部分放電，相應地，需要恰當選擇構成這偏置電路的電容和電阻的量值。

　　另外，即使是在使用提供極佳功率因數校正、支持TRIAC調光的LED驅動(dòng)應用中，也要求電磁干擾（EMI）濾波器。由TRIAC階躍（step）引起的瞬態(tài)電流會(huì )激發(fā)EMI濾波器中電感和電容的自然諧振。如果這諧振特性導致輸入電流降至TRIAC維持電流之下，TRIAC將會(huì )關(guān)閉。短暫延時(shí)后，TRIAC通常又會(huì )導通，激發(fā)同樣的諧振。在輸入電源波形的一個(gè)半周期內，這系列事件可能會(huì )重復多次，從而形成可見(jiàn)的LED閃爍。為了應對這個(gè)問(wèn)題，TRIAC調光的一項關(guān)鍵要求就是EMI濾波器的輸入電容極低，且這電容要能夠通過(guò)TRIAC及繞線(xiàn)阻抗解耦。根據 公式，調光模塊中電容減小的話(huà)，就能夠增大諧振電路的電阻，原理上就抑制振蕩，恢復想要的電路工作。

 

　　PWM 調光對LED的壽命有何影響

　　LED本身的壽命很長(cháng)，PWM調光并不會(huì )損及LED的預期壽命；甚至由于PWM調光幫助減小LED發(fā)熱量，實(shí)際上還能幫助延長(cháng)LED預期壽命。當然，在系統設計中，需要有效地檢測及控制LED溫度，保證LED可靠工作，體現其長(cháng)壽命和低維護成本的優(yōu)勢。

　利用TRIAC調光調控LED亮度的潛在問(wèn)題

　　當前TRIAC調光是一種頗受市場(chǎng)歡迎的調光方式。TRIAC調光器最初是為白熾燈設計的，但諸如安森美半導體這樣的領(lǐng)先供應商也推出了支持TRIAC調光的LED驅動(dòng)器，非常適合在LED照明中提供TRIAC調光。但這種方式也有其局限所在，如增加電路復雜性、影響功率因數、調光級別相對有限等問(wèn)題。安森美半導體身為應用于綠色電子產(chǎn)品的首要高性能、高能效硅方案供應商，最新推出了用于住宅及商業(yè)LED照明應用的LED驅動(dòng)器NCL30000.這器件使用臨界導電模式（CrM）反激架構，以單段式拓撲結構提供高于0.95的功率因數，故又省卻直流-直流（DC-DC）轉換段，簡(jiǎn)化了電路。這器件即使在低電平時(shí)也提供極高能效，符合各種規范要求及整體系統光效要求。另外，這器件兼容于前沿TRIAC調光器及尾沿晶體管調光器，視乎所用的調光器，LED光輸出可調至低于2%,提供優(yōu)異的調光性能。

　　下面就介紹一下安森美半導體熱推的LED驅動(dòng)方案

　　安森美半導體推出了幾款重要的高能效GreenPoint? LED驅動(dòng)器參考設計，分別是：

　　1、3W至5 W LED驅動(dòng)器參考設計方案。這參考設計采用適合MR16 LED替代的尺寸及特性配置，經(jīng)過(guò)了精心構建及測試，用于 驅動(dòng)高亮度LED.這參考設計基于降壓-升壓型拓撲結構，使用安森美半導體的非隔離型恒流配置、工作在約150千赫茲（kHz）頻率的NCP3065開(kāi)關(guān)穩壓器。這參考設計電路適合軌道照明、汽車(chē)照明及景觀(guān)照明等12 Vac或12 Vdc應用，不論輸入線(xiàn)路及輸出LED電壓如何變化，均提供平坦的電流穩流。這參考設計還提供獨特的自動(dòng)檢測電路，支持12 Vdc或12 Vac電源輸入，同時(shí)維持目標輸出電流。

　　2、隔離型8 W恒流LED驅動(dòng)器GreenPoint?參考設計方案。這參考設計是為期望符合美國 “能源之星”（ENERGY STAR?）住宅照明應用1.1版固態(tài)照明（SSL）要求的設計人員而設，同樣經(jīng)過(guò)了精心構建及測試，用于驅動(dòng)便攜臺燈、櫥柜內照明及戶(hù)外走廊燈等應用中的1到8顆大功率LED.這參考設計采用新穎的電路配置，無(wú)須增加額外的無(wú)源功率因數校正（PFC）網(wǎng)絡(luò )，即可在115 Vac條件下提供高于0.85的功率因數，減少了元器件數量，并輕松滿(mǎn)足住宅LED應用功率因數要求。這設計支持90 Vac至265 Vac的通用輸入電壓工作，采用安森美半導體集成了固定頻率電流模式控制器和700 V MOSFET的NCP1014開(kāi)關(guān)穩壓器集成電路（IC）。

　　3、 針對離線(xiàn)式高功率因數TRIAC調光LED驅動(dòng)器的GreenPoint?參考設計。這參考設計采用了NCL30000這關(guān)鍵器件，旨在用于美國“能源之星”商業(yè)及住宅照明應用。NCL30000工作溫度范圍為-40°C至+125°C,確保能用于大多數固態(tài)照明（SSL）應用中規定的不同環(huán)境工作范圍。NCL30000擁有典型值24微安（μA）的低啟動(dòng)電流及典型值2 mA的低工作電流，配合高能效設計。NCL30000的其它關(guān)鍵特性包括可編程導通時(shí)間限制器、零電流檢測（ZCD）感測模塊、門(mén)驅動(dòng)器，以及應用CrM開(kāi)關(guān)電源所需的全部其它PWM電路和保護功能。

　　安森美半導體LED驅動(dòng)設計優(yōu)勢

　　安森美半導體提供眾多不同的LED驅動(dòng)方案，用于寬廣范圍的應用：汽車(chē)、移動(dòng)/便攜（手機和數碼相機的LCD背光及相機閃光）、中大尺寸的LCD屏幕（筆記本、上網(wǎng)本、液晶電視）的LCD背光、標志、建筑物，以及通用照明。

　　安森美半導體提供的產(chǎn)品涵蓋3種LED驅動(dòng)方法：線(xiàn)性方案（極簡(jiǎn)單且極少外部元件）、直流-直流（DC-DC）電感型開(kāi)關(guān)轉換器（用于提供高能效及較大電流），以及電荷泵開(kāi)關(guān)轉換器（用于提供高能效及緊湊的尺寸）。

　　安森美半導體還提供不同的LED光輸出調制/調光方法：三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件（TRIAC）調光、脈寬調制（PWM）調光、模擬調光、數字調光（DALI、I2C等）。

　　安森美半導體的LED驅動(dòng)器產(chǎn)品可采用不同類(lèi)型的電壓源供電：從120 Vac到480 Vac（美國某些公路的電壓規格）的交流高壓、中等交流或直流電壓（如汽車(chē)中的12 Vac或12 Vdc電壓）、0.9至5 V的便攜電池。

　　總的來(lái)看，無(wú)論是何種LED照明應用，無(wú)論需要何種驅動(dòng)方案，無(wú)論需要何種調光方法，無(wú)論采用何種常見(jiàn)電源電壓供電，安森美半導體均可提供適合的LED驅動(dòng)器方案，滿(mǎn)足客戶(hù)的不同需求。

  led凈化燈led凈化燈生產(chǎn)廠(chǎng)家led凈化燈廠(chǎng)家珠海led凈化燈廣州led凈化燈廈門(mén)led凈化燈