與LED公司必須攜手合作才能實(shí)現(xiàn)高效率LED照明

交付充分符合設(shè)計(jì)要求 – 降低功耗、延長(zhǎng)壽命和提高效率 – 的實(shí)際LED照明系統(tǒng)，現(xiàn)在已成為現(xiàn)實(shí)。LED照明正日益廣泛應(yīng)用于眾多應(yīng)用，但不得不面臨著集成到仍由白熾燈主導(dǎo)的產(chǎn)品中去的競(jìng)爭(zhēng)局面。其中一個(gè)例子是，面臨著如何應(yīng)對(duì)舊有燈泡類型的挑戰(zhàn)，而這些燈泡類型相對(duì)于LED技術(shù)而言，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠理想。另一個(gè)例子是，我們?yōu)榘谉胝彰鏖_發(fā)的、安裝于無數(shù)的家庭、辦公室、工作空間和公共空間的控制系統(tǒng)，并不適合功耗極低的LED驅(qū)動(dòng)器電源。

設(shè)計(jì)工程師已非常善于將相當(dāng)復(fù)雜的電源系統(tǒng)裝入傳統(tǒng)的燈泡裝置。然而，在調(diào)光方面仍存在諸多問題，因此LED和電源系統(tǒng)制造商已開始合作推出高效、實(shí)用和可靠的參考設(shè)計(jì)，通過實(shí)例來說明究竟可以實(shí)現(xiàn)哪些以及如何實(shí)現(xiàn)解決方案。

其中有一個(gè)這樣的參考設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了一款PAR38射燈的設(shè)計(jì)過程，該射燈基于Cree的EasyWhiteLED設(shè)計(jì)而成，其驅(qū)動(dòng)電源采用了Power Integrations的LYTSwitchTM系列LED驅(qū)動(dòng)器IC。Cree位于圣芭芭拉技術(shù)中心的應(yīng)用工程師Mark Youmans解釋說：“該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)其實(shí)是熱管理問題，因?yàn)槠鋺?yīng)用是射燈，并且平滑調(diào)光也是要求之一;電源需要實(shí)現(xiàn)高效率，同時(shí)具備出色的調(diào)光能力?！?/p>

Cree的應(yīng)用指南CLDA P117 REV0詳細(xì)介紹了一款使用該公司的36伏XLamp MT-G2 EasyWhiteLED陣列設(shè)計(jì)的150 W等效窄射束PAR38替換燈。這是第一個(gè)采用Cree的下一代碳化硅LED平臺(tái)SC3 Technology?制造而成的此類LED陣列。

MT-G2陣列可以提供比前代產(chǎn)品多達(dá)25%的流明數(shù)，同時(shí)占用同樣的空間，且以同樣的驅(qū)動(dòng)條件進(jìn)行工作。新設(shè)計(jì)是對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的隨加即用式改造替換。Youmans接著說：“我們的團(tuán)隊(duì)決定設(shè)計(jì)出L70使用壽命達(dá)50,000小時(shí)的LED燈(工作50,000小時(shí)后，LED的光通量至少相當(dāng)于其原始光通量的70%)，該性能符合最新的能源之星要求。我們使用了一個(gè)市場(chǎng)上有售的精良、輕型、拋物面鍍鋁反射燈(PAR)外形因素的散熱片設(shè)計(jì)，并與業(yè)界領(lǐng)先的驅(qū)動(dòng)器和光學(xué)器件合作伙伴密切合作，設(shè)計(jì)出高度集成的優(yōu)化系統(tǒng)?！?/p>

PAR38射燈設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器采用了Power Integrations最新推出的LYTSwitch IC系列器件LYT4317E IC，該系列器件能夠在燈管替換應(yīng)用和工礦燈照明中實(shí)現(xiàn)精確調(diào)整和高效率，同時(shí)在可控硅調(diào)光燈泡應(yīng)用中提供出色的性能。Power Integrations的DER-350 介紹了一款功率因數(shù)高于0.98的20 W隔離反激式LED驅(qū)動(dòng)器。

LYTSwitch IC同時(shí)包含控制器和一個(gè)集成式670 V功率MOSFET。它們可用于單級(jí)反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而提供初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)的恒流隔離輸出，同時(shí)使AC輸入保持高功率因數(shù)。除提供高效率外，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可實(shí)現(xiàn)低THD和低元件數(shù)。

LYTSwitch IC還可提供全面的保護(hù)功能，包括針對(duì)控制環(huán)路開環(huán)和輸出短路條件的自動(dòng)重啟動(dòng)、可提供增強(qiáng)的抗輸入故障和浪涌能力的輸入過壓保護(hù)，以及可確保在所有條件下實(shí)現(xiàn)安全的平均PCB溫度的精確遲滯熱關(guān)斷保護(hù)。

圖1中所示為一款隔離式、高功率因數(shù)(PF)、可控硅調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)器的電路原理圖，該驅(qū)動(dòng)器可以在90 VAC至132 VAC的輸入電壓范圍內(nèi)為額定電壓36 V的LED燈串提供典型值550 mA的電源。

圖1 DER-350電路原理圖

由于LED照明系統(tǒng)的功耗比傳統(tǒng)技術(shù)解決方案低得多，燈具所消耗的電流要小于調(diào)光器內(nèi)可控硅的維持電流。這樣會(huì)因?yàn)榭煽毓鑼?dǎo)通不一致而產(chǎn)生不良情況，如閃爍。由于LED燈的阻抗相對(duì)較大，因此在可控硅導(dǎo)通時(shí)，浪涌電流會(huì)對(duì)輸入電容進(jìn)行充電，產(chǎn)生很嚴(yán)重的振蕩。這同樣會(huì)造成類似不良情況，因?yàn)檎疋彆?huì)使可控硅電流降低至可控硅的維持電流以下，再次造成閃爍。

要克服這些問題，需要增加有源衰減電路和無源泄放電路。這些電路的缺點(diǎn)是會(huì)增大功耗，進(jìn)而降低電源的效率。對(duì)于非調(diào)光應(yīng)用，可以省略這些元件。

有源衰減電路由元件R6、R28、R29、D10、Q1、Q3、C3、VR5以及R8共同組成。該電路可以限制可控硅導(dǎo)通時(shí)流入輸入電容C2和C4并對(duì)其充電的浪涌電流，實(shí)現(xiàn)方式是在導(dǎo)通前~0.5ms內(nèi)將電阻R8串聯(lián)。在大約0.5 ms后，Q1導(dǎo)通并將電阻R8短路。這樣可使R8的功耗保持在低水平，在限流時(shí)可以使用更大的值。電阻R6、R29和電阻C3在可控硅導(dǎo)通后提供0.5 ms延遲。晶體管Q3在可控硅不導(dǎo)通時(shí)對(duì)電容C3進(jìn)行放電，VR5將Q1的柵極電壓箝位在15 V，R28用于防止MOSFET發(fā)生振蕩。

無源泄放電路由C1和R1構(gòu)成。這樣可以使輸入電流始終大于可控硅的維持電流，而驅(qū)動(dòng)器的輸入電流將在每個(gè)AC半周期內(nèi)增大，防止每個(gè)導(dǎo)通期間的起始階段出現(xiàn)可控硅開關(guān)振蕩。

Cree Services提供了一套完整的針對(duì)LED照明的熱、電、機(jī)械、光度及光學(xué)測(cè)試(TEMPO)