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          LED燈設計及替代現(xiàn)有照明方案時面臨的主要挑戰(zhàn)

          作者: 時間:2012-03-12 來源:網(wǎng)絡 收藏

          本應用筆記探討了發(fā)光二極管()在通用應用中的發(fā)展趨勢,對比了與其它技術的性能,分析了以及在。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/168306.htm

          LED照明的發(fā)展趨勢

          發(fā)光二極管(LED)是一項快速發(fā)展技術,正在廣泛用于眾多通用照明領域,通常稱作固態(tài)照明。LED照明的典型應用是:室內照明(用于商業(yè)、工業(yè)及住宅環(huán)境)、室外照明(路燈、停車場照明)以及建筑、裝飾照明等,最初,發(fā)光二極管由于能夠發(fā)射整個頻譜的彩色而被用于裝飾照明。

          某些情況下,LED已經(jīng)成為建筑照明的有效。與其它照明技術相比,LED具有更優(yōu)異的性能,因而成為當前通用照明市場的主流

          1.與其它照明技術相比,LED具有更長的使用壽命。LED的工作壽命長達50,000個小時,而白熾燈的使用壽命只有1,000至2,000個小時,小型熒光燈(CFL)的使用壽命大約為5,000至10,000小時。使用壽命上的顯著優(yōu)勢使得LED非常適合那些需要投入較大人力成本更換照明燈的商業(yè)和工業(yè)應用。

          2.能效優(yōu)于白熾燈和鹵素燈,等同于熒光燈。另外,LED的效率也在不斷提高;白光LED (WLED)的效率在隨后3至4年內預計提高大約50%。

          3.更小的外形尺寸。LED燈的外形尺寸等同于MR16和GU10,而CFL無法滿足這類應用。

          4.可以采用適當?shù)尿寗悠魈峁┝炼日{節(jié)。對于需要調節(jié)亮度的應用,熒光燈在技術上具有局限性。盡管傳統(tǒng)的LED也遇到了類似問題,但是Maxim提供的LED驅動創(chuàng)新方案兼容于可控硅調光和后沿調光。

          5.具有較強的發(fā)光方向性。與其它照明技術不同,LED非常適合需要定向照明的應用,例如:小角度反射燈。

          6.溫度較低時具有更高效率。熒光燈的工作效率在低溫時會下降。相比之下,LED非常適合低溫工作環(huán)境,例如:冰箱燈。

          7.可輕松更改發(fā)光顏色。這一優(yōu)勢使得RGB LED成為建筑和情景照明的理想選擇,能夠根據(jù)具體要求實時更改燈光顏色。

          總之,LED具有白熾燈和熒光燈所不具備的眾多優(yōu)勢?;谶@些優(yōu)勢,設計人員也在不斷地發(fā)掘適合LED照明的更多應用,但是,由于篇幅有限,我們不在此贅述。本文將討論LED照明換代產(chǎn)品,用于相同規(guī)格的白熾燈、鹵素燈或熒光燈。這些LED燈必須能夠安裝到規(guī)格尺寸內并兼容的基礎設施。

          LED換代燈

          許多人認為LED換代燈是當前LED照明增長最快的市場。快速增長的原因很簡單:這些照明燈不需要更新電氣基礎設施(即布線、變壓器、調光器和插座),這是LED技術的顯著優(yōu)勢。

          對于設計人員,將LED燈安裝到現(xiàn)有的基礎架構上存在兩方面的

          1.外形尺寸。換代燈必須能夠安裝到前期燈源的框架內。

          2.電氣兼容。換代燈必須能夠在現(xiàn)有的電氣架構上正常工作,不會發(fā)生燈光閃爍。

          下面,我們將逐一討論每項。

          安裝到現(xiàn)有框架

          現(xiàn)有框架對換代燈提出了物理限制(即驅動板必須足夠小)和熱限制要求。這些因素制約了設計人員更換照明方案的條件(例如PAR、R和A型規(guī)格),尺寸越小的應用所的困難也越大,例如MR16和GU10。

          尺寸是制約換代方案的關鍵因素,而熱限制往往更加關鍵。LED只發(fā)射可見光,與其它技術不同,它們不產(chǎn)生紅外波輻射能量。因此,白光LED比白熾燈或鹵素燈的能效更高,絕大多數(shù)熱量通過燈內導體耗散。

          散熱是制約燈管所能產(chǎn)生的光強的關鍵因素,目前在照明換代產(chǎn)品中使用的LED技術很難達到主流市場所能接受的亮度水平。為了突破亮度限制,需要解決散熱問題,這也是產(chǎn)品成功地走向商業(yè)化必不可少的條件。

          散熱問題還直接影響到驅動板的使用壽命。為了發(fā)出更高光強,照明燈必須工作在相當高的溫度下(+80°C至+100°C)。這種溫度下,驅動板的壽命會限制整個照明燈的工作,特別是電解電容成為設計的一個棘手問題。因為電解電容在高溫下會很快干燥,在這樣的條件下,這種電容的工作壽命不會超過數(shù)千小時,這也成為制約整個照明燈使用壽命的因素。較長的工作壽命是LED燈的一個主要賣點,對于設計者來說,壽命相對較短的電解電容成為設計的主要屏障。

          MAXIM針對120VAC/230VAC輸入和12VAC輸入換代燈推出了獨特的LED驅動方案。這些LED驅動方案可以省去電路板上的電解電容,使LED燈的壽命從通常的低于10,000小時延長到90,000小時。由于省去了電解電容,還有助于縮小方案尺寸,使驅動板能夠安裝到小尺寸換代燈框架內。

          兼容于電氣基礎架構

          LED換代燈必須在現(xiàn)有基礎設施下正常工作,包括切角(三端雙向可控硅和后延)調光器和電子變壓器。

          接入120VAC/230VAC電源時,照明燈可以首先通過三端雙向可控硅調光器調節(jié)。三端雙向可控硅調光器的設計能夠很好地配合白熾燈和鹵素燈工作,這些燈都是純阻性負載。但是,使用LED改造燈時,LED驅動器通常為非線性、非純電阻負載,輸入橋式整流器通常在交流輸入電壓處于正向和負向峰值時瞬態(tài)吸收大電流。三端雙向可控硅調光器無法保障LED的這一需求,因為它既不能提供所需的啟動電流,也不能提供保持電流。從而使調光器不能正常啟動或在工作時正常關閉,而且還會造成LED閃爍,這也是系統(tǒng)無法接受的現(xiàn)象。

          作為換代產(chǎn)品,其電氣架構更加符合12VAC輸入照明燈的設計,因為電子變壓器和后沿調光器可以連接到照明燈的輸入。但是,12VAC輸入照明燈的驅動器采用的是傳統(tǒng)的橋式整流器和DC-DC轉換器拓撲,由于變壓器和調光器的不兼容性,同樣也會產(chǎn)生閃爍。

          Maxim的120VAC/230VAC和12VAC輸入照明燈的解決方案采用單級轉換。通過對輸入電流整形,可以使照明燈在調光狀態(tài)下也不會發(fā)生閃爍,這些方案兼容于雙向三端可控硅和后沿調光器及電子變壓器設計。目前,還沒有一款MR16方案具備這一特性,也很少有PAR、R和A型燈方案具備這一特性。此外,我們的解決方案還具有優(yōu)于0.9的功率因數(shù)修正,需要極少的外部元件。無需電解電容,這些電容在高溫環(huán)境下會嚴重制約驅動電路的工作。120VAC/230VAC和12VAC解決方案均采用MAX16834 IC,可以供用戶*估并投入批量生產(chǎn)。這些都是Maxim的獨有方案,Maxim也是唯一能夠提供這種優(yōu)勢組合的供應商。

          MR16 (上圖)和離線(下圖)式照明燈的方案框圖

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