自主創(chuàng)新的市電LED照明自適應恒流驅動器
加入技術交流群
筆者于多年前進入大規(guī)模應用LED 的產品領域，見證了LED 照明器件由質次價高到逐漸提高品質，從低發(fā)光強度產品向高亮度、超高亮度發(fā)展。隨著相對大的功率和高光效的器件出現(xiàn)，產品價位也有很大幅度的下降；以至于有可能從顯示及信號燈的應用范圍向更廣闊的普通照明應用市場拓展，也為從事LED 應用的工作者提供了施展能力的基礎。
當年面對大規(guī)模應用LED 的交通信號燈產品時，產生了一種思維觀念：認為雖然使用的LED 還有許多局限性乃至不足之處，但不能就此無所作為，而應該各司其職。作為LED 應用產業(yè)不得不考慮的是，在現(xiàn)有器件的水平下如何充分利用好它的潛質，也就是說需要深入了解LED 特性、用好LED 。
LED 從本質上說是一種電流器件，是通過電流而產生光效；在電特性上又相當于一個穩(wěn)壓管，當流過的電流發(fā)生變化，引起兩端電壓的變化是很小的。但是如果外加的電壓比LED 的穩(wěn)壓值稍大些時，則流過的電流就要發(fā)生很大的變化，所以LED 必須由電流源供電，而且要求恒流。企圖穩(wěn)壓供電再用電阻限流方式，也并非上策；因為LED 在工作時發(fā)熱、老化等致使壓降變化，最后壓差變化了還是要造成工作電流變異。
在人們質疑所用的LED 性能或失效率不如人意時，對LED 的先天不足應持客觀的態(tài)度，因為任何事物的發(fā)展、進步都需要有個過程，更何況現(xiàn)在已顯露出LED 有著不凡的前景?？梢韵然c精力仔細檢查并測試一下器件的工作狀態(tài)及生產加工過程。
必須明白LED 是種嬌貴的器件，所以應用上總是想從LED 中獲得盡可能多的光通量以降低成本。工作電流往往就接近上限值，但是因電源浪涌，感生電流等即使短期的意外過載都必然會對器件產生傷害。所以一定要保證必要的電流寬裕度或有嚴格可靠的保護措施。
而LED 內部的銀膏導電結構和環(huán)氧封裝等，遇熱脹冷縮環(huán)境不可避免地有應力損害，大電流及高溫下也要加劇光衰不能不防。
溫度和散熱條件有時更可能是致命的殺手，所以生產過程中焊接的溫度和時間都要控制不得超標，隨后的及時冷卻也致關重要。因為要便于從引線散熱，熱阻就做得小，熱量同樣容易從引腳傳入，當引腳處理得短時傳熱更甚；有時器件失效率的升高往往是焊接過程中疏忽所造成的。
雖有這么多難題要解決，但也不必因此消極氣餒，這可是LED 應用工作者發(fā)揮作用的大好時期?？梢钥吹绞澜缟夏敲炊喙鹃_發(fā)出形形式式的LED 驅動芯片，既體現(xiàn)了業(yè)界精英們的智慧和積極性，也顯示出蓬勃發(fā)展的商機產生的促進力。本來照明產品就有非常大的比例直接在市電電網上使用，所以綠色節(jié)能的市電LED照明將會有巨大的市場需求潛力。
要推廣LED 在市電照明的應用，必須要找出它的特殊性，才有可能達到事半功倍的效果。與以前成熟應用的直流低壓條件不同，市電電壓相對比較高，除了人身安全外還有擊穿、打火的可能。因此驅動器就需有所不同；為了降低驅動的功耗提高照明效率，LED 組件應該布置成適合在高電壓小電流下工作，就是要串聯(lián)使用LED 。這和大電網輸電線路要用超高電壓傳送降低損耗有異曲同工的道理。所以串聯(lián)使用許多個低功率LED ，比使用少量功率型LED更省電（功率型LED其內部實際相當于許多低功率LED 芯片并聯(lián)而成）。而且從產品指標上也看得出，三個1W的LED 加起來要比一個3W的光效增加不少，當多個器件分散布置時更有利于散熱和降溫，同樣會提高光效，都支持這種最節(jié)電的設計理念。
自主創(chuàng)新源于技術的經歷和累積
發(fā)展市電LED 照明產品，觀念上先要拓寬，僅模仿過去的產品改頭換面不會有出路，要替代白熾燈就想將LED 和驅動電路塞進燈泡里，要做成日光燈就忘不了那根細長的管子。
太仿真了就成不了真，拘泥于舊形式就創(chuàng)不出新局面。要沿用白熾燈的羅口標準沒有錯，但不妨將燈罩也一起設計上去，使用 一點工程塑料就可將多個LED 和驅動電路分散布置得很好，就可創(chuàng)造出自然通風散熱的環(huán)境。帶個塑料燈罩的LED 照明燈增加不了多少成本，卻能為LED 安全、穩(wěn)定使用和光照分布的滿意度起到決定性的作用。
至于日光燈主要是天花板頂部照明器具，何苦總要做成長條形，完全可順其自然做成所需要的『面積照明』 。那時散熱性、照度均勻性等問題都會迎刃而解。
而作為市電還有其交流方面的特殊性能，作者三十幾年前因為不滿足鎢絲二極管傳感器加電抗器控制的交流穩(wěn)壓器的性能，研究過一種應用前饋技術的精密交流穩(wěn)壓器電路，雖沒有機會形成產品卻對市電有過一番琢磨。幾年前又發(fā)散了一下思維，研究出市電自適應恒流驅動LED 的原理，創(chuàng)造了獨特的使用市電的LED 照明控制電路專有（專利）技術。詳情見專題論述。
這里簡言之，就是利用市電的特性，在直接驅動LED 照明器具時，使之能適應電網電壓的波動而始終保持在設定的恒流狀態(tài)。
最近看到NXP 公司推出了據稱是世界首款集成可調光市電LED 驅動器SSL2101 。經過比較之后，發(fā)覺所創(chuàng)造的市電自適應控制電路，比SSL2101 要簡單得多。簡單到芯片內總共只需集成十多個低功耗的通用二極管、雙極型晶體管。無需專門的Vcc 電源，不用變壓器、電感線圈等，直接使用220V市電并可立即驅動LED ，除了有手動調光功能外，還能極方便地自動調光。
已制成用121 個LED 的晚上可自動降低發(fā)光亮度的，符合歐洲節(jié)能標準的交通信號燈樣品，還做成可根據環(huán)境光亮度，在白天關閉、夜間自動點亮的用16個LED 組成的照明燈。在市電180V～250V工作范圍內，做到約1 ％的恒流穩(wěn)定度，二年后測試仍保持不變。說明在市電應用中，市電自適應LED 恒流驅動器，無論在LED 使用的個數(shù)上或者對自動調光的方式上都能游刃有余，在性能、成本上比SSL2101 有獨到的地方。
市電自適應LED 恒流驅動器芯片引腳見圖1 ，典型應用框圖如圖2、圖3 所示。
圖中的驅動芯片還沒有廠投產故未標型號，作者先用分立器件模塊代替。但是顯而易見，那些通用的小功率晶體二極管、三極管，在IC生產廠都可以很容易地集成出來。圖2中RV1 用來調節(jié)恒流值，即燈光亮度。RV2用來調整照明燈開啟和關閉時的環(huán)境光亮度的閾值。圖3 中的RV1 用來調整交通信號燈的工作電流值，圖中RB為感光后起自動調節(jié)作用的光敏電阻。外圍電路只用不到十個的低功耗電阻和四個低壓電容器。圖7 、圖8 、為已制作成的樣品外形圖。
評論