1W~500W LED通用照明解決方案選擇要素

“這種電路可以采用傳統(tǒng)的兩段式結(jié)構(gòu)，即有源非連續(xù)模式功率因數(shù)校正(PFC)電路加DC-DC PWM變換電路，如安森美的功率因數(shù)校正控制器NCP1607，NCP1607的外圍電路非常簡(jiǎn)單并可以提供很好的性能。”鄭宗前表示，“對(duì)于高效率、低成本和小體積的LED方案而言，值得推薦的是單段的PFC電路，它可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)和隔離的低壓直流輸出，并具有顯著的成本優(yōu)勢(shì)，必將成為中等功率LED照明的主流方案。安森美半導(dǎo)體的NCP1652 為實(shí)現(xiàn)單級(jí)的PFC電路提供了最優(yōu)的控制方案?！?p>
Alexander Sommer說(shuō)：“對(duì)于要求在一個(gè)很寬的輸入和/或負(fù)載范圍內(nèi)(如調(diào)光)具有效率和性能的25W-100W功率LED照明應(yīng)用，建議采用帶一個(gè)獨(dú)立PFC級(jí)的準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。典型地可實(shí)現(xiàn)高達(dá)90%的效率?！?p>
100W以上應(yīng)用包括主要道路和高速公路照明(這里需要高達(dá)20K流明或以上的亮度、以及250W的電源輸入)和專業(yè)應(yīng)用，如舞臺(tái)燈光照明和建筑泛光燈照明。在高功率應(yīng)用中使用LED的一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力是可靠性和低功耗帶來(lái)的低擁有成本。例如，其系統(tǒng)效率可與金屬鹵化物和低壓鈉燈相比。初始成本比較可能在短期內(nèi)繼續(xù)是該市場(chǎng)進(jìn)入門(mén)檻。

鄭宗前指出：“對(duì)于大于100W的LED應(yīng)用，我們將采用傳統(tǒng)的有源非連續(xù)模式功率因數(shù)校正電路和半橋諧振DC-DC 轉(zhuǎn)換電路。我們推出了一種新型的集成控制器，它集成了有源非連續(xù)模式功率因數(shù)控制器和具有高壓驅(qū)動(dòng)的半橋諧振控制器。”

該半橋諧振控制器工作在固定的開(kāi)關(guān)頻率和固定的占空比，并且該電路不需要輸出側(cè)的反饋控制回路。這使得半橋諧振DC-DC 變換電路工作在效率最高的ZVS和ZCS狀態(tài)。直流輸出電壓將跟隨功率因數(shù)校正電路的輸出。

Alexander Sommer強(qiáng)調(diào)：“對(duì)于100W以上的更高功率級(jí)LED照明應(yīng)用，效率變得更加重要，建議使用LLC諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它可以實(shí)現(xiàn)90％以上的效率。我們建議你使用英飛凌新的8引腳器件ICE1HS01。”

不管LED照明系統(tǒng)的輸出功率有多大，LED驅(qū)動(dòng)器電路的選擇都將在很大程度上取決于輸入電壓范圍、LED串本身的累積電壓降、以及足以驅(qū)動(dòng)LED所需的電流。這導(dǎo)致了多種不同的可行LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如降壓型、升壓型、降壓-升壓型和SEPIC型。

凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)總監(jiān)Tony Armstrong指出：“每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，其中，標(biāo)準(zhǔn)降壓型轉(zhuǎn)換器是最簡(jiǎn)單和最容易實(shí)現(xiàn)的方案，升壓型和降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器次之，而SEPIC型轉(zhuǎn)換器則最難實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樗捎昧藦?fù)雜的磁性設(shè)計(jì)原理，而且需要設(shè)計(jì)者擁有高超的開(kāi)關(guān)模式電源設(shè)計(jì)專長(zhǎng)?！?p>
總而言之，終端產(chǎn)品的應(yīng)用決定LED的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后再根據(jù)LED的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和輸入電源再合理選擇Buck、Boost、SEPIC、或Buck-Boost結(jié)構(gòu)?！耙话銇?lái)說(shuō)，25W以下選用Buck的較多。更大功率的則傾向于選擇Boost結(jié)構(gòu)。效率的話兩者一般都可以做到85%以上，LT3755可以做到高達(dá)97%的效率?？紤]驅(qū)動(dòng)部分BOM成本的時(shí)候更應(yīng)該考慮整體系統(tǒng)成本?！毙烊鸢f(shuō)，“隨著競(jìng)爭(zhēng)的加劇，時(shí)時(shí)會(huì)有更低BOM成本的方案，但不一定是最合適的。我們不建議按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品。PCB面積主要受主要元件的控制，小功率的LED燈盡量采用集成度高的方案。大功率的方案要選用技術(shù)集成度高的產(chǎn)品，外圍電路簡(jiǎn)單。此處討論的都是指DC-DC的解決方案?！?br />模擬、PWM和TRIAC調(diào)光方案選擇

LED調(diào)光解決方案及規(guī)范一直在不斷變化，直到現(xiàn)在還未固定下來(lái)，所以現(xiàn)在市場(chǎng)上存在PWM、模擬及可控硅(TRAIC)三種調(diào)光方案。PWM和模擬方法是其中較簡(jiǎn)單的，但需要構(gòu)建調(diào)光基礎(chǔ)架構(gòu)和新的調(diào)光控制器。

模擬調(diào)光方案的缺點(diǎn)是，LED電流的調(diào)節(jié)范圍局限在某個(gè)最大值至該最大值的約10%之間(10:1調(diào)光范圍)。由于LED的色譜與電流有關(guān)，因此這種方法并不適合于某些應(yīng)用。

PWM調(diào)光方案則是以某種快至足以掩蓋視覺(jué)閃爍的速率(通常高于100MHz)在零電流和最大LED電流之間進(jìn)行切換。該占空比改變了有效平均電流，從而可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 3000:1的調(diào)光范圍(僅受限于最小占空比)。由于LED電流要么處于最大值，要么被關(guān)斷，所以該方法還具有能夠避免在電流變化時(shí)發(fā)生LED色偏的優(yōu)點(diǎn)，而在采用模擬調(diào)光時(shí)這種 LED 色偏現(xiàn)象是很常見(jiàn)的。

SangCheol Her則看好TRIAC調(diào)光方案的市場(chǎng)前景，他表示：“可控硅(TRIAC，2線調(diào)光)將成為非常流行的解決方案，因?yàn)檫@種技術(shù)可以完全使用傳統(tǒng)的系統(tǒng)而不需任何改變。而且，它還能夠擴(kuò)展為3線調(diào)光，以避免出現(xiàn)與低功率因數(shù)值相關(guān)的缺陷。”

TRIAC調(diào)光今天是業(yè)內(nèi)非常熱的一個(gè)話題，最初，TRIAC調(diào)光器是為白熾燈而設(shè)計(jì)的，但大多數(shù)用戶希望相同的TRIAC調(diào)光器也能對(duì)替代的LED燈進(jìn)行調(diào)光。梁后權(quán)表示：“Diodes Zetex目前可為客戶提供全部的調(diào)光解決方案(包括PWM、模擬和TRIAC)。例如，ZXLD1362 LED驅(qū)動(dòng)器用一個(gè)ADJ引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬和PWM調(diào)光，這就為客戶帶來(lái)了很大的設(shè)計(jì)靈活性。”

不過(guò)，鄭宗前認(rèn)為，市場(chǎng)上TRIAC調(diào)光器的應(yīng)用方案應(yīng)該只是過(guò)渡性的，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該會(huì)用PWM調(diào)光。他說(shuō)：“主要的三點(diǎn)決定性因素為：1）用PWM 調(diào)光從零到最光，都不會(huì)有閃爍的現(xiàn)象。2）性能會(huì)更好。因?yàn)檎{(diào)光輸出功率采用了功率因數(shù)校正電路，這是配合全球?qū)艄獠捎霉β室驍?shù)有強(qiáng)制性的要求，雖然一般從25 W開(kāi)始有這要求，但美國(guó)要求燈光從零瓦起已需強(qiáng)制性功率因數(shù)校正電路。如采用TRAIC調(diào)光將犧牲功率因數(shù)和增加了電路的復(fù)雜性。因此，采用PWM調(diào)光可以提供最好性能的選擇，也是未來(lái)的趨勢(shì)。3）成本會(huì)更好。用PWM調(diào)整占空比，不需要太多額外的控制電路成本?！?p>
Alexander Sommer也看好PWM調(diào)光方案前景，他說(shuō)：“與模擬調(diào)光方法相比，LED的PWM調(diào)光方法有以下優(yōu)點(diǎn)：1）效率更高；2）不管調(diào)光程度有多大，允許LED一直在優(yōu)化的和恒定的電流下工組；3）在整個(gè)調(diào)光范圍內(nèi)LED顏色色調(diào)保持一致(顏色色調(diào)像流明輸出一樣隨LED工作電流而變化)?！?p>
徐瑞包也坦率地說(shuō)：“個(gè)人覺(jué)得，調(diào)制方式的選擇不應(yīng)該決定于LED的功率。而應(yīng)決定于終端產(chǎn)品的應(yīng)用要求。比如，顯示背光或者LED裝飾燈可能會(huì)選用PWM的調(diào)光方式，顏色一致性好，亮度級(jí)別高。但是對(duì)于一般的家用照明或者商業(yè)照明，模擬調(diào)光或者TRIAC也可以選擇，不過(guò)會(huì)產(chǎn)生色偏，并且調(diào)光的級(jí)別會(huì)很低?！?p>
梁后權(quán)也表示：“為了在連續(xù)調(diào)光時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍，大多數(shù)客戶喜歡選擇PWM調(diào)光，因?yàn)樗商峁└蟮恼{(diào)光范圍和更好的線性度。取決于你正在使用的調(diào)光頻率，閃爍現(xiàn)象可以降到最小。模擬調(diào)光更容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗恍枰粋€(gè)DC電壓就可以無(wú)閃爍地對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光。但通常來(lái)說(shuō)，調(diào)光范圍要窄一些?！?p>
對(duì)于由多個(gè)LED構(gòu)成的大功率照明應(yīng)用，確保每個(gè)LED具有均勻的亮度且不產(chǎn)生任何閃爍也成為了主要的設(shè)計(jì)障礙，但PWM方法很容易解決調(diào)光時(shí)的閃爍問(wèn)題。“若PWM調(diào)制器的占空比能保持恒定，就應(yīng)該不會(huì)存在燈光亮度不均勻的問(wèn)題?！眳侵久癖硎荆懊绹?guó)國(guó)家半導(dǎo)體的LED驅(qū)動(dòng)器不但能確保輸出的電流大小均勻，而且也確保畫(huà)面有極高的光暗對(duì)比度。從這幾方面來(lái)說(shuō)，我們的LED驅(qū)動(dòng)器都比市場(chǎng)上的同級(jí)產(chǎn)品更出色?！?p>
Tony Armstrong指出，總之，最終用戶所采用的調(diào)光方法在很大程度上將由LED本身的最終用途來(lái)決定。例如，在LED用于給顯示器提供背面照明的汽車(chē)信息娛樂(lè)系統(tǒng)中，環(huán)境照明的亮度變化范圍是非常寬的，既有陽(yáng)光充足時(shí)的無(wú)比明亮，也有無(wú)月之夜的漆黑一片，可謂千差萬(wàn)別。由于人眼對(duì)于環(huán)境照明條件的輕微變化極其敏感，因此需要3000:1的寬調(diào)光范圍。這將要求LED驅(qū)動(dòng)器電路采用PWM調(diào)光方法。