LED照明亮度穩(wěn)定性及節(jié)能考慮探討

自2010年起，歐、美、日等先進國家相繼開始執(zhí)行禁用白熾燈泡之法令，其法令原由乃基于限制低發(fā)光效率的光源。白熾燈泡被禁用，取而代之的光源包括省電燈泡、冷陰極管、LED等。但未來如再考慮對有害物質(zhì)的限制考慮，LED光源將成為最佳選擇。

LED發(fā)光源工作原理及特性

發(fā)光二極管是半導體材料合成的二極管，由PN接口組成，當外加正向電壓時，電子與電洞結(jié)合以光子形式釋出能量，因此具有發(fā)光特性。而其光源在靠近PN接口毫米以內(nèi)產(chǎn)生，發(fā)光的波長取決于材料之特性而有不同發(fā)光顏色，常見有紅、黃、綠、藍發(fā)光二極管。發(fā)光二極管發(fā)光亮度可以通過工作電壓(電流)的大小來調(diào)節(jié)。在很大的工作電流范圍內(nèi)，發(fā)光二極管的亮度隨電流的增大而提高。

LED照明亮度穩(wěn)定性

發(fā)光二極管的亮度隨電流的大小而不同，且制造出來的發(fā)光二極管，其電壓與電流曲線稍有差異，因而LED照明的亮度常隨電源電壓的變動而無法穩(wěn)定。為維持亮度穩(wěn)定一致，需要發(fā)光二極管恒流驅(qū)動器來實現(xiàn)。恒流驅(qū)動器可以使得發(fā)光二極管工作在固定電流模式，因而亮度穩(wěn)定性高。恒流驅(qū)動器也讓發(fā)光二極管長期工作在一定電流下，使其維持較長壽命。

凱鈺科技的T6316是一個恒流驅(qū)動器，它是一個具有4個通道的定電流發(fā)光二極管驅(qū)動器，輸出電流可依照外置電阻而定。T6316具有±6%精度電流與通道間±3%匹配精度，可用于路燈、燈管等照明設(shè)備。為節(jié)能考慮，系統(tǒng)設(shè)計需考慮恒流驅(qū)動器的跨壓在0.5V～2V之間。由于發(fā)光二極管長時間工作在恒定電流下，其跨壓稍有下降，此項變動亦需考慮在系統(tǒng)設(shè)計中。

LED照明節(jié)能考慮

發(fā)光二極管照明優(yōu)點是節(jié)能、安全，但由于恒定電流工作考慮，能耗亦相對增加，因此照明系統(tǒng)設(shè)計以低能耗為目標。前面提到恒流驅(qū)動器的壓降在2V以內(nèi)，即是考慮低能耗的設(shè)計，若系統(tǒng)的電源端電壓與串接發(fā)光二極管壓降超過2V以上，則需考慮以電壓轉(zhuǎn)換器來達到低能耗目標，但仍維持恒定電流工作模式。低能耗的電壓轉(zhuǎn)換器是以開關(guān)式方式工作，依據(jù)反饋電路控制開關(guān)周期，達到穩(wěn)定輸出電壓。但為了維持發(fā)光二極管恒定電流工作狀態(tài)，反饋電路是以輸出電流來控制轉(zhuǎn)換器開關(guān)周期。

凱鈺科技T6322是一個降壓恒流發(fā)光二極管驅(qū)動器，其電流依照外置電阻決定，可支持高達1.5A輸出電流，提供±5%精度電流及高功率效能(低能耗)及高電線路調(diào)整能力。

圖1是T6322與其他產(chǎn)品的線路調(diào)整能力的對比(低電流變動率即表示高線路調(diào)整能力)。

圖1：T6322與其他產(chǎn)品的線路調(diào)整能力的對比
在目前充斥市場的LED照明產(chǎn)品中，它們的電源輸入系統(tǒng)為兩類：一類前端為AC電源輸入系統(tǒng)加上后端的定電流控制模塊，此類產(chǎn)品包括冷凍柜燈條、室內(nèi)燈具、路燈、臺燈、MR16、AR111等。另一類為交流電源直接輸入系統(tǒng)整合AC/DC轉(zhuǎn)換器和恒定電流線路，此類產(chǎn)品包括E27和GU10等燈泡型LED燈、PAR燈、T5和T8 LED燈管等。

第一類電源設(shè)計除了應選擇前端效率較佳的恒定電壓電源供應器外，后端恒定電源控制的電源模塊則依其產(chǎn)品特性采用效率較佳的電源設(shè)計。其優(yōu)點在于前端AC/DC的電源供應器，如開關(guān)電源、DC適配器等恒定電壓電源，可選擇性高且多有安規(guī)認證的方案，從而降低設(shè)計的門檻。

第二類電源設(shè)計由于整合了AC/DC的電路和恒定電流電路，故可符合較小空間的機構(gòu)設(shè)計，但從功率因子、電源效率和安規(guī)的考慮，設(shè)計也存在一些難度。因此，現(xiàn)今市場此類產(chǎn)品很少能達到高發(fā)光效率、高功率因子(> 0.9)標準。

本文小結(jié)

目前LED照明產(chǎn)品要達到高發(fā)光效率，進而成為下一代主要光源，首要考慮的是電源模塊的設(shè)計，針對不同的燈具產(chǎn)品選擇正確的設(shè)計架構(gòu)。此外，電源控制IC也必須提高電源效率、功率因子、可靠性，以開發(fā)適合LED照明需求的產(chǎn)品。