離線式LED燈對LED驅(qū)動器IC要求

過去幾年，用作高清電視機(HDTV)顯示器背光照明的LED一直是LED市場增長的主要驅(qū)動力。不過，隨著LED普通照明應(yīng)用在商用和住宅環(huán)境中引起越來越大的關(guān)注，LED的增長將顯著加速。

　　LED照明高增長率背后的主要驅(qū)動力是，與傳統(tǒng)照明方法相比，LED照明的功耗大幅降低。與白熾燈照明相比，要提供同樣的光輸出 (以流明為單位)，LED需要的電功率不到白熾燈的25%。LED照明還有其他很多優(yōu)勢，但是也有一些與LED照明有關(guān)的挑戰(zhàn)。LED照明的優(yōu)勢包括工作壽命比白熾燈長數(shù)個量級，這極大地降低了更換成本。能利用以前安裝的TRIAC調(diào)光器給LED調(diào)光，也是一個主要的成本優(yōu)勢，尤其是在住宅照明領(lǐng)域。LED能即時接通，不像CFL那樣需要預(yù)熱時間，而且LED對電源周期不敏感，這一點也與CFL不同。此外，LED不含任何需要管理或處置的有毒材料，而CFL需要有毒的水銀蒸氣才能工作。最后，LED能實現(xiàn)新的、非常扁平的外形尺寸，這是其他技術(shù)不可能做得到的。

　　可以使用離線式電源

　　能用離線式電源驅(qū)動LED使得LED應(yīng)用得以迅猛增長，因為這種形式的電源在商用和住宅建筑中很容易得到。盡管LED燈更換對最終用戶來說實行起來相對簡單，但是對LED驅(qū)動器IC的新要求卻大大增加了。因為LED需要良好調(diào)節(jié)的恒定電流源，以提供恒定量的光輸出，所以用AC輸入電源給LED供電需要一些特殊的設(shè)計方法，而且有一些非常特殊的設(shè)計要求。

　　根據(jù)所在國家和地區(qū)，離線式電源的范圍約為90VAC至265VAC，同時頻率范圍為50Hz至65Hz。因此，要為全球市場生產(chǎn)LED燈，理想情況是可提供無需修改就能適用于世界上任何地方的單一電路設(shè)計。這就需要單一LED驅(qū)動器IC能處理多種輸入電壓和供電頻率。

　　此外，很多離線式LED應(yīng)用要求LED與驅(qū)動電路實現(xiàn)電氣隔離。這主要是出于安全考慮，也是幾家監(jiān)管機構(gòu)的要求。電氣隔離一般由隔離反激式LED驅(qū)動器拓?fù)涮峁?，該拓?fù)淅靡粋€變壓器隔離驅(qū)動電路的主端和副端部分。

　　采用LED照明背后的驅(qū)動力是提供一定量光輸出所需的功率極大降低，因此當(dāng)務(wù)之急是LED驅(qū)動器IC要提供最高效率。因為LED驅(qū)動器電路必須將高壓AC電源轉(zhuǎn)換為在較低電壓時能提供良好調(diào)節(jié)的LED電流，所以LED驅(qū)動器IC必須設(shè)計為提供高于80%的效率，這樣才能不浪費功率。

　　此外，為了讓LED燈可以使用住宅應(yīng)用中常見的、大量安裝的TRIAC調(diào)光器，LED驅(qū)動器IC必須能有效地用這些調(diào)光器工作。TRIAC調(diào)光器專為與白熾燈和鹵素?zé)艉芎玫嘏浜瞎ぷ鞫O(shè)計，這兩種燈是理想的阻性負(fù)載。然而，LED驅(qū)動器電路一般是非線性的，而且不是純阻性負(fù)載。其輸入橋式整流器在AC輸入電壓處于其正峰值和負(fù)峰值時通常吸收高強度的峰值電流。因此，LED驅(qū)動器IC必須通過設(shè)計來“模仿”一個純阻性負(fù)載，以確保LED在不產(chǎn)生任何明顯閃爍的情況下正確起動，并利用一個TRIAC進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)光。

　　在LED照明中，功率因數(shù)校正(PFC)是一個重要的性能規(guī)格。簡言之，如果所吸取的電流與輸入電壓成正比且同相，那么就可實現(xiàn)等于1的功率校正因數(shù)。因為白熾燈是一種純電阻性負(fù)載，所有輸入電流和輸入電壓是同相的，PFC為1。當(dāng)PFC與本地電源所需電功率大小有關(guān)時，PFC尤其重要。也就是說，在一個電源系統(tǒng)中，就傳輸相同數(shù)量的有用功率而言，功率因數(shù)低的負(fù)載比功率因數(shù)高的負(fù)載吸取更大的電流。需要更大的電流會提高配電系統(tǒng)中損失的能量，這又導(dǎo)致需要較粗的導(dǎo)線和其他較大型的傳輸設(shè)備。因為較大型的設(shè)備成本高且浪費能量，所以電力公司通常會向功率因數(shù)較低的工業(yè)或商用客戶收取更高的費用。LED應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)仍然在開發(fā)之中，不過大多數(shù)人認(rèn)為，將要求大部分LED照明應(yīng)用的PFC>0.90。

　　因為LED驅(qū)動器電路(包括很多二極管、變壓器和電容器)的表現(xiàn)不會與純電阻性負(fù)載一樣，所以其PFC可能低至0.5。為了將PFC提高到高于0.9，有源或者無源PFC電路都必須設(shè)計到LED驅(qū)動器電路中。還應(yīng)該提到的一點是，在運用大量LED照明陣列的應(yīng)用中，高PFC尤其重要。例如，在使用超過幾百個50W LED燈的停車庫中，高PFC(>0.95) LED驅(qū)動器設(shè)計將是很有利的。

　　除了高PFC很重要外，最大限度地降低LED燈的諧波失真度也很重要。國際電工委員會(International Electrotechnical Commission)已經(jīng)制訂了IEC 61000-3-2 C類照明設(shè)備諧波規(guī)范，以確保新的LED照明系統(tǒng)滿足這些低失真要求。

　　在照明應(yīng)用中，能在較寬的線路輸入電壓、輸出電壓和溫度變化范圍內(nèi)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)LED電流是至關(guān)重要的，因為LED亮度的變化必須是人眼難以察覺的。類似地，為了確保LED有最長的工作壽命，不用高于其最大額定值的電流驅(qū)動LED也是很重要的。在隔離反激式應(yīng)用中調(diào)節(jié)LED電流并不總是很簡單，而是常常需要一個光耦合器來閉合所需的反饋環(huán)路，或者可能要增加一個額外的轉(zhuǎn)換級。不過，這兩種方法都增加了復(fù)雜性和可靠性問題。幸運的是，有些LED IC驅(qū)動器設(shè)計采用了新的設(shè)計方法，以確保無需這些額外的組件和/或增加設(shè)計復(fù)雜性，就能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)LED電流。

　　要很快從白熾燈過渡到LED燈，面臨的最大障礙之一是基于LED解決方案的成本和尺寸。消費者習(xí)慣于支付不到0.50美元更換一個60W的白熾燈，支付大約3美元更換一個同樣瓦數(shù)的CFL燈。支付超過30美元更換一個LED燈，是消費者要克服的一大障礙。以這樣的價格計算，在LED的壽命期內(nèi)，節(jié)省的電能和更換成本相比，換成LED燈確實有經(jīng)濟意義。不過，大多數(shù)消費者不習(xí)慣于這樣聯(lián)系起來看問題。一般而言，倉庫、停車庫等尤其因照明而支付高額能源賬單的商業(yè)企業(yè)會更快地采用LED照明，因為費用節(jié)省更加明顯。隨著LED燈購買費用的下降，將有更多消費者愿意轉(zhuǎn)向LED照明。

　　圖1 采用LT3799和TRIAC可調(diào)光的20W離線式LED驅(qū)動器

　　最后一個同樣重要的因素是，LED照明解決方案的尺寸。很多照明燈都是直接旋進燈座就可以更換的，因此整個LED解決方案必須能裝進與原來的白熾燈體積和形狀相同的空間中。LED需要一個散熱器和一個復(fù)雜得多的驅(qū)動器電路，所以在與白熾燈體積和形狀相同的空間中裝入包括這兩個部分的整個LED解決方案，可能是個挑戰(zhàn)。因此，所需要的LED驅(qū)動器IC要能在一個簡單、占板面積緊湊的解決方案中提供所有這些需要的功能和特性。