離線式 LED 應(yīng)用未必對 LED 驅(qū)動器構(gòu)成挑戰(zhàn)
用離線電源給 LED 供電
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/129701.htm能用離線式電源驅(qū)動 LED 就可使應(yīng)用呈指數(shù)性地飛速增長,因為不管是商用建筑還是居民住宅中,這種形式的電源都可以非常便利地得到。雖然 LED 燈的更換附屬裝置相對簡單,最終用戶很容易安裝,但是對 LED 驅(qū)動器 IC 的新要求卻極大地提高了。由于 LED 需要一個良好調(diào)節(jié)的恒定電流源,以提供恒定的光輸出,所以用 AC 輸入電源為 LED 供電需要采取一些特殊的設(shè)計方法,要滿足一些非常特別的設(shè)計需求。
在世界上的不同地區(qū),離線式電源參數(shù)會存在差異,一般在 90VAC~265VAC 之間,頻率則為 50Hz 至 65Hz。因此要制造面向全球市場的 LED 附屬裝置,最好擁有這樣一種電路設(shè)計:無需修改就能使 LED 用在世界任何地方。這就要求單一 LED 驅(qū)動器 IC 能處理多種輸入電壓和頻率。
此外,許多離線式 LED 應(yīng)用需要 LED 與驅(qū)動電路之間實現(xiàn)電氣隔離。這主要出于安全考慮,并且是幾家監(jiān)管機構(gòu)要求的。電氣隔離通常由隔離型反激式 LED 驅(qū)動器拓?fù)涮峁?,該拓?fù)溥\用變壓器來隔離驅(qū)動電路的主端與副端部分。
由于采用 LED 照明的驅(qū)動力是提供特定光輸出量所需的功率可極大地降低,因此當(dāng)務(wù)之急是:LED 驅(qū)動器 IC 要提供最高的效率。因為 LED 驅(qū)動器電路必須將高電壓 AC 電源轉(zhuǎn)換為較低的電壓和良好調(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% 的效率以不浪費功率。
而且,為了在住宅應(yīng)用中常見的 TRIAC 調(diào)光器已經(jīng)大量安裝到位的情況下使 LED 花樣翻新燈成為可能,LED 驅(qū)動器 IC 必須與這些調(diào)光器一起高效運作。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。
就 LED 照明而言,PFC 是一項重要的性能規(guī)格。簡言之,如果所吸取的電流與輸入電壓成比例且同相,那么功率校正系數(shù)為 1。由于白熾燈是一種理想的電阻性負(fù)載,所以輸入電流和電壓同相,且 PFC 為1。PFC 特別重要,因為它與本地電力供應(yīng)商所需提供的電功率有關(guān)。也就是說,在一個電力系統(tǒng)中,與一個具有高功率因數(shù)的負(fù)載相比,在所傳輸?shù)挠杏霉β氏嗤那闆r下,一個具有低功率因數(shù)的負(fù)載吸取的更大電流。因為所需的電流較高,所以在配電系統(tǒng)中損失的能量也提高了,這反過來又需要更粗的導(dǎo)線和其他傳輸設(shè)備。較大的設(shè)備和能源浪費增加了成本,所以電力公司往往對功率因數(shù)較低的工業(yè)或商用客戶收取較高的費用。針對 LED 應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)仍然處于開發(fā)之中,不過大多數(shù)人相信:就 LED 照明應(yīng)用而言,將要求 PFC > 0.90。
LED 驅(qū)動器電路 (包括大量的二極管、變壓器和電容器) 的表現(xiàn)不像一個純電阻性負(fù)載,故其 PFC 可能低至 0.5。為了將 PFC 提高到 0.9 以上,有源或無源 PFC 電路都必須設(shè)計到 LED 驅(qū)動器電路內(nèi)。還應(yīng)該提到的一點是,在采用幾百個以上 50W LED 燈的應(yīng)用中,高 PFC 尤其重要。在這種情況下,高 PFC (>0.95) LED 驅(qū)動器設(shè)計是有益的。
在照明應(yīng)用中,能在較寬的輸入線路電壓、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,不使用高于其最大額定值的電流來驅(qū)動 LED 是很重要的。在隔離型反激式應(yīng)用中,LED 電流的調(diào)節(jié)并不總是直接進行的,常常需要一個光耦合器來閉合所需的反饋環(huán)路,或者可能增加一個額外的轉(zhuǎn)換級。然而,這兩種方法都帶來了復(fù)雜性和可靠性問題。幸運的是,有些 LED 驅(qū)動器 IC 的設(shè)計采用了新的設(shè)計方法,無需這些額外的組件或在不增加設(shè)計復(fù)雜性的情況下,就能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié) LED 電流。
最后,要從白熾燈迅速向 LED 燈轉(zhuǎn)變,最大的障礙是基于 LED 解決方案的成本和尺寸。消費者習(xí)慣于花不到 1.00 美元換一個 60W 白熾燈,花大約 3.00 美元換一個 CFL 燈。而花 30 多美元換一個 LED 燈,對消費者來說是一個很大的障礙。考慮到在 LED 的壽命期內(nèi)電力成本和更換成本的降低,以這樣的價格換一個 LED 燈確實有經(jīng)濟意義,但是消費者不習(xí)慣于這樣聯(lián)系起來看問題??偟膩碚f,倉庫、車庫等支付大量照明電費的商業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)向 LED 照明的速度就快得多,因為費用節(jié)省比較明顯。隨著作為替代型照明解決方案的 LED 燈購買費用的下降,將有更多的消費者愿意轉(zhuǎn)向 LED 照明。
一種全新的解決方案
幸運的是有一種全新的解決方案,凌力爾特的 LT3799,可以解決這些離線式 LED 的所有驅(qū)動難題。該器件是一款具備有源 PFC 的隔離型反激式 LED 控制器,專門為在 90VAC~265VAC 的通用輸入范圍內(nèi)驅(qū)動 LED 而設(shè)計。LT3799 以臨界傳導(dǎo)模式工作,最大限度地減小了外部變壓器的尺寸。它非常適合于驅(qū)動功率從 4W 至數(shù)百瓦的多種 LED 應(yīng)用。驅(qū)動高達(dá) 20W 的 LED 的整個電路如圖 2 所示。這款特定電路可采用 TRIAC 進行調(diào)光,并且能夠在 90VAC~265VAC 的通用輸入范圍內(nèi)提供高達(dá) 1A 的 LED 電流,同時實現(xiàn)超過 86% 的效率 (見圖 3)。稍微改變一下外部組件,這個電路即可進一步優(yōu)化,以在 120VAC、240VAC 甚至 377VAC 或幾乎任何常見 AC 輸入的情況下使用。
LT3799 運用單級設(shè)計,整個 LED 驅(qū)動電路 (包括 EMI 濾波器) 僅需 40 個外部組件,從而使解決方案簡單、占板面積緊湊且具成本效益。圖 2 中 20W 電路的總尺寸僅為 30mm x 75mm,高度僅為 30mm,從而成為種類繁多的 LED 應(yīng)用之理想選擇。
圖 1:采用了 LT3799 并具 PFC 和 TRIAC 調(diào)光能力的通用輸入、隔離型反激式 LED 控制器電路
圖 2:LT3799 在通用輸入電壓范圍內(nèi)的效率
圖 3:具有源 PFC 的 LT3799 VIN 和 IIN 波形
結(jié)論
由離線式電源供電的通用 LED 照明應(yīng)用市場出現(xiàn)了前所未有的增長,其背后的驅(qū)動力是對更高性能及具成本效益的照明應(yīng)用之持續(xù)需求。然而,這些新涌現(xiàn)的性能要求必須使用新的 LED 驅(qū)動器 IC 才能滿足。這些 LED 驅(qū)動器必須提供電氣隔離、高效率、PFC 和 TRIAC 調(diào)光能力。此外,不管輸入電壓或 LED 正向電壓如何變化,這些驅(qū)動器還必須提供良好調(diào)節(jié)的 LED 電流,以保持一致的亮度,同時提供多種保護功能以提高系統(tǒng)可靠性。這些 LED 驅(qū)動器電路還必須能構(gòu)成非常緊湊及具成本效益的解決方案。幸運的是,現(xiàn)在已經(jīng)有此類離線式 LED 驅(qū)動器了。
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