以舊換新，怎樣輕松改造LED驅(qū)動器

　　LED照明是一項近乎主流的技術(shù)。換代規(guī)格的LED燈使物業(yè)管理人員和業(yè)主利用傳統(tǒng)的電力基礎(chǔ)設(shè)施即可享受LED的較長工作壽命和節(jié)能特性。這些環(huán)境中已安裝局域網(wǎng)(LAN)，以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)提供了前所未有的動態(tài)監(jiān)測和控制每個LED燈以及智能LED照明/傳感器集中器的能力。

　　在2015年及之后時期，LED必將推動照明系統(tǒng)的設(shè)計

　　發(fā)光二極管(LED)是一種通過電流時會發(fā)光的半導(dǎo)體器件。LED的應(yīng)用優(yōu)勢在不斷發(fā)展和成熟，使其成為越來越多傳統(tǒng)及新照明應(yīng)用的首選。

　　LED的優(yōu)勢包括更長的工作壽命、更高的能效(流明/瓦)以及小巧的外形尺寸。例如，LED燈的工作壽命為50，000小時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出白熾燈1，000至2，000小時的典型工作壽命，以及緊湊型熒光燈(CFL) 5，000至10，000小時的壽命。所以，LED非常適合眾多商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用，這些行業(yè)都要求節(jié)能，并且接觸/安全風(fēng)險和高人工成本都不利于更換照明燈。10W LED燈的發(fā)光亮度相當(dāng)于大約60W白熾燈，這使得LED燈的使用和維護(hù)成本低得多。LED可用于傳統(tǒng)燈具，例如MR16;可理想用于更換這些燈座，提供較長時間及較高能效的照明。

　　LED發(fā)光的波長或顏色依賴于LED構(gòu)造中所用的材料。使用合適的驅(qū)動器，LED則具有更大的設(shè)計靈活性，便于調(diào)光和更改發(fā)光顏色。與合適的控制器及傳感器配合使用時，可根據(jù)環(huán)境中條件的變化調(diào)節(jié)發(fā)光量和顏色。這種能力使其可理想用于室內(nèi)照明以及可調(diào)光路燈和室外照明等應(yīng)用，根據(jù)環(huán)境光變化改變其亮度。LED調(diào)光節(jié)省的電能大約為1：1，所以將LED調(diào)光至50%將節(jié)省大約50%的電能。

　　設(shè)計者不斷將LED應(yīng)用于日益增長的各種照明應(yīng)用。我們討論兩種場景下的LED應(yīng)用。設(shè)計者在傳統(tǒng)規(guī)格燈具中使用LED模塊，例如MR16，LED必須與已有的電力基礎(chǔ)設(shè)施配合工作，發(fā)揮LED燈的優(yōu)勢。相比之下，以太網(wǎng)供電(PoE) LED照明網(wǎng)絡(luò)則采用較新或并聯(lián)的電力基礎(chǔ)設(shè)施。在討論這些應(yīng)用空間之前，我們簡要回顧一下LED驅(qū)動器。

　　圖1：LED驅(qū)動器將輸入電壓轉(zhuǎn)換為LED要求的電平

　　LED驅(qū)動器

　　LED驅(qū)動器為低壓元件，將輸入電壓，例如120V、220V或277V，轉(zhuǎn)換為LED要求的低壓。這些驅(qū)動器也解析控制信號，調(diào)暗、調(diào)亮以及更改發(fā)光顏色(圖1)。LED驅(qū)動器可采用恒流(例如350mA、700mA或1050mA)或恒壓(通常為12V或24V)配置。這兩種類型的驅(qū)動器不可互相交換。燈具制造商選擇驅(qū)動器類型和配置，以匹配燈具中所用LED模塊的電氣要求。本文中我們以恒流驅(qū)動器為例進(jìn)行討論。

　　恒流驅(qū)動器支持脈寬調(diào)制(PWM)和恒流調(diào)光(CCR)法，在LED調(diào)光時調(diào)節(jié)輸出電流。LED應(yīng)用要求電流恒定，以確保輸入電壓波動時LED燈輸出保持不變。LED驅(qū)動器不僅驅(qū)動高端和低端照明，也負(fù)責(zé)連續(xù)或步進(jìn)調(diào)光。設(shè)計者根據(jù)大量應(yīng)用要求的各種組合將驅(qū)動與LED進(jìn)行匹配，包括驅(qū)動的LED數(shù)量、電源類型以及LED的功能特性。匹配或?qū)崿F(xiàn)不好的LED驅(qū)動器實(shí)際上會縮短照明燈的工作壽命，引起不可預(yù)期的照明問題，例如閃變。

　　如果LED發(fā)光的幅度和/或頻率被周期性調(diào)制或波動(不可預(yù)期)，人眼會感測到。如果輸入電流快速變化造成LED燈輸出發(fā)生快速變化，LED就容易發(fā)生閃爍。引起閃爍的原因有很多，包括電源噪聲、控制噪聲、元件容限以及LED驅(qū)動器電路設(shè)計問題。

　　好的LED驅(qū)動器設(shè)計應(yīng)考慮所有的內(nèi)部和外部因素，為LED提供恒定、無振蕩電流，實(shí)現(xiàn)無閃爍調(diào)光。

　　翻新改造

　　LED的較長壽命和較高效率使其可理想用于代替其它照明技術(shù)，尤其是白熾燈和鹵素?zé)?。將LED用于已有照明基礎(chǔ)設(shè)施時，主要面臨兩項挑戰(zhàn)。首先，更換的照明燈必須符合傳統(tǒng)光源的外形尺寸;其次，必須在已有電氣基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境下無閃爍地正確工作。

　　將LED安裝至現(xiàn)有外形尺寸，例如MR16 (圖2)，不僅限制了驅(qū)動器電路板的尺寸，而且也要考慮設(shè)計本身的散熱問題。

　　圖2：MR16規(guī)格燈具被改造為LED版本

　　由于LED僅發(fā)射可見光，所以熱傳導(dǎo)散熱高于白熾燈或鹵素?zé)?。散熱也是限制照明燈產(chǎn)生發(fā)光量的因素之一。當(dāng)今換代燈采用的LED技術(shù)幾乎達(dá)不到主流市場可接受的亮度水平。提高亮度限值，以及隨之而來的散熱設(shè)計，對于設(shè)計一款商業(yè)上成功的產(chǎn)品是必不可少的。散熱的一個必然結(jié)果就是影響驅(qū)動板的使用壽命。為發(fā)射更多的光，照明燈就必須工作在相對較高的溫度下(+80°C至+100°C)。在這種溫度環(huán)境下，容易受高溫影響的驅(qū)動器電路板會限制整個LED燈的工作壽命。

　　為了能夠在現(xiàn)有電氣規(guī)格下正確工作，換代LED燈必須能夠配合基礎(chǔ)設(shè)施正確工作，包括切角(三端雙向可控硅/前沿或后沿)調(diào)光器和磁性或電子式變壓器。每種基礎(chǔ)設(shè)施都存在自身的技術(shù)問題。

　　對于鹵素?zé)?，由于耗流足夠高，能夠保證調(diào)光器保持導(dǎo)通，所以調(diào)光器工作得很好。然而，LED換代燈則不能支持可控硅調(diào)光器很好地工作，因?yàn)樗炔荒芴峁┧璧膯与娏饔植荒芴峁┍３蛛娏鳌Ｔ斐傻慕Y(jié)果就是調(diào)光器不能正常啟動或在工作時關(guān)閉，LED燈產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。

　　電子式變壓器具有其自身的設(shè)計注意事項：要求負(fù)載為電阻性，但LED MR16燈不是電阻負(fù)載。因此，需要改變負(fù)載特性，防止電子變壓器關(guān)斷。LED MR16燈設(shè)計中的一項最大障礙是開發(fā)無閃爍調(diào)光并兼容電子變壓器的照明燈。電子變壓器遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)磁性變壓器，當(dāng)LED燈所需的電流較低時，是一項艱巨的設(shè)計問題。較低的LED電流造成大多數(shù)LED燈不能與電子式變壓器配合工作。調(diào)光器會進(jìn)一步減小電流，加劇了這一困難。

　　Maxim的MAX16840 LED驅(qū)動器采用擁有專利的固定頻率、平均電流模式控制方法，解決了這一問題，并且也兼容絕大多數(shù)電子變壓器和后沿調(diào)光器。