1W~500W LED通用照明解決方案選擇要素

“這種電路可以采用傳統(tǒng)的兩段式結(jié)構(gòu)，即有源非連續(xù)模式功率因數(shù)校正(PFC)電路加DC-DC PWM變換電路，如安森美的功率因數(shù)校正控制器NCP1607，NCP1607的外圍電路非常簡單并可以提供很好的性能。”鄭宗前表示，“對于高效率、低成本和小體積的LED方案而言，值得推薦的是單段的PFC電路，它可以同時實現(xiàn)功率因數(shù)和隔離的低壓直流輸出，并具有顯著的成本優(yōu)勢，必將成為中等功率LED照明的主流方案。安森美半導體的NCP1652 為實現(xiàn)單級的PFC電路提供了最優(yōu)的控制方案?！?p>
Alexander Sommer說：“對于要求在一個很寬的輸入和/或負載范圍內(nèi)(如調(diào)光)具有效率和性能的25W-100W功率LED照明應用，建議采用帶一個獨立PFC級的準諧振反激式拓撲結(jié)構(gòu)。典型地可實現(xiàn)高達90%的效率?！?p>
100W以上應用包括主要道路和高速公路照明(這里需要高達20K流明或以上的亮度、以及250W的電源輸入)和專業(yè)應用，如舞臺燈光照明和建筑泛光燈照明。在高功率應用中使用LED的一個關(guān)鍵驅(qū)動力是可靠性和低功耗帶來的低擁有成本。例如，其系統(tǒng)效率可與金屬鹵化物和低壓鈉燈相比。初始成本比較可能在短期內(nèi)繼續(xù)是該市場進入門檻。

鄭宗前指出：“對于大于100W的LED應用，我們將采用傳統(tǒng)的有源非連續(xù)模式功率因數(shù)校正電路和半橋諧振DC-DC 轉(zhuǎn)換電路。我們推出了一種新型的集成控制器，它集成了有源非連續(xù)模式功率因數(shù)控制器和具有高壓驅(qū)動的半橋諧振控制器?！?p>
該半橋諧振控制器工作在固定的開關(guān)頻率和固定的占空比，并且該電路不需要輸出側(cè)的反饋控制回路。這使得半橋諧振DC-DC 變換電路工作在效率最高的ZVS和ZCS狀態(tài)。直流輸出電壓將跟隨功率因數(shù)校正電路的輸出。

Alexander Sommer強調(diào)：“對于100W以上的更高功率級LED照明應用，效率變得更加重要，建議使用LLC諧振拓撲結(jié)構(gòu)，它可以實現(xiàn)90％以上的效率。我們建議你使用英飛凌新的8引腳器件ICE1HS01?！?p>
不管LED照明系統(tǒng)的輸出功率有多大，LED驅(qū)動器電路的選擇都將在很大程度上取決于輸入電壓范圍、LED串本身的累積電壓降、以及足以驅(qū)動LED所需的電流。這導致了多種不同的可行LED驅(qū)動器拓撲結(jié)構(gòu)，如降壓型、升壓型、降壓-升壓型和SEPIC型。

凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong指出：“每種拓撲結(jié)構(gòu)都有其優(yōu)點和缺點，其中，標準降壓型轉(zhuǎn)換器是最簡單和最容易實現(xiàn)的方案，升壓型和降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器次之，而SEPIC型轉(zhuǎn)換器則最難實現(xiàn)，這是因為它采用了復雜的磁性設計原理，而且需要設計者擁有高超的開關(guān)模式電源設計專長。”

總而言之，終端產(chǎn)品的應用決定LED的拓撲結(jié)構(gòu)，然后再根據(jù)LED的拓撲結(jié)構(gòu)和輸入電源再合理選擇Buck、Boost、SEPIC、或Buck-Boost結(jié)構(gòu)。“一般來說，25W以下選用Buck的較多。更大功率的則傾向于選擇Boost結(jié)構(gòu)。效率的話兩者一般都可以做到85%以上，LT3755可以做到高達97%的效率。考慮驅(qū)動部分BOM成本的時候更應該考慮整體系統(tǒng)成本?！毙烊鸢f，“隨著競爭的加劇，時時會有更低BOM成本的方案，但不一定是最合適的。我們不建議按照這個標準設計產(chǎn)品。PCB面積主要受主要元件的控制，小功率的LED燈盡量采用集成度高的方案。大功率的方案要選用技術(shù)集成度高的產(chǎn)品，外圍電路簡單。此處討論的都是指DC-DC的解決方案?！?br />模擬、PWM和TRIAC調(diào)光方案選擇

LED調(diào)光解決方案及規(guī)范一直在不斷變化，直到現(xiàn)在還未固定下來，所以現(xiàn)在市場上存在PWM、模擬及可控硅(TRAIC)三種調(diào)光方案。PWM和模擬方法是其中較簡單的，但需要構(gòu)建調(diào)光基礎架構(gòu)和新的調(diào)光控制器。

模擬調(diào)光方案的缺點是，LED電流的調(diào)節(jié)范圍局限在某個最大值至該最大值的約10%之間(10:1調(diào)光范圍)。由于LED的色譜與電流有關(guān)，因此這種方法并不適合于某些應用。

PWM調(diào)光方案則是以某種快至足以掩蓋視覺閃爍的速率(通常高于100MHz)在零電流和最大LED電流之間進行切換。該占空比改變了有效平均電流，從而可實現(xiàn)高達 3000:1的調(diào)光范圍(僅受限于最小占空比)。由于LED電流要么處于最大值，要么被關(guān)斷，所以該方法還具有能夠避免在電流變化時發(fā)生LED色偏的優(yōu)點，而在采用模擬調(diào)光時這種 LED 色偏現(xiàn)象是很常見的。

SangCheol Her則看好TRIAC調(diào)光方案的市場前景，他表示：“可控硅(TRIAC，2線調(diào)光)將成為非常流行的解決方案，因為這種技術(shù)可以完全使用傳統(tǒng)的系統(tǒng)而不需任何改變。而且，它還能夠擴展為3線調(diào)光，以避免出現(xiàn)與低功率因數(shù)值相關(guān)的缺陷。”

TRIAC調(diào)光今天是業(yè)內(nèi)非常熱的一個話題，最初，TRIAC調(diào)光器是為白熾燈而設計的，但大多數(shù)用戶希望相同的TRIAC調(diào)光器也能對替代的LED燈進行調(diào)光。梁后權(quán)表示：“Diodes Zetex目前可為客戶提供全部的調(diào)光解決方案(包括PWM、模擬和TRIAC)。例如，ZXLD1362 LED驅(qū)動器用一個ADJ引腳來實現(xiàn)模擬和PWM調(diào)光，這就為客戶帶來了很大的設計靈活性。”

不過，鄭宗前認為，市場上TRIAC調(diào)光器的應用方案應該只是過渡性的，長遠來說，應該會用PWM調(diào)光。他說：“主要的三點決定性因素為：1）用PWM 調(diào)光從零到最光，都不會有閃爍的現(xiàn)象。2）性能會更好。因為調(diào)光輸出功率采用了功率因數(shù)校正電路，這是配合全球?qū)艄獠捎霉β室驍?shù)有強制性的要求，雖然一般從25 W開始有這要求，但美國要求燈光從零瓦起已需強制性功率因數(shù)校正電路。如采用TRAIC調(diào)光將犧牲功率因數(shù)和增加了電路的復雜性。因此，采用PWM調(diào)光可以提供最好性能的選擇，也是未來的趨勢。3）成本會更好。用PWM調(diào)整占空比，不需要太多額外的控制電路成本?！?p>
Alexander Sommer也看好PWM調(diào)光方案前景，他說：“與模擬調(diào)光方法相比，LED的PWM調(diào)光方法有以下優(yōu)點：1）效率更高；2）不管調(diào)光程度有多大，允許LED一直在優(yōu)化的和恒定的電流下工組；3）在整個調(diào)光范圍內(nèi)LED顏色色調(diào)保持一致(顏色色調(diào)像流明輸出一樣隨LED工作電流而變化)?！?p>
徐瑞包也坦率地說：“個人覺得，調(diào)制方式的選擇不應該決定于LED的功率。而應決定于終端產(chǎn)品的應用要求。比如，顯示背光或者LED裝飾燈可能會選用PWM的調(diào)光方式，顏色一致性好，亮度級別高。但是對于一般的家用照明或者商業(yè)照明，模擬調(diào)光或者TRIAC也可以選擇，不過會產(chǎn)生色偏，并且調(diào)光的級別會很低。”

梁后權(quán)也表示：“為了在連續(xù)調(diào)光時實現(xiàn)無閃爍，大多數(shù)客戶喜歡選擇PWM調(diào)光，因為它可提供更大的調(diào)光范圍和更好的線性度。取決于你正在使用的調(diào)光頻率，閃爍現(xiàn)象可以降到最小。模擬調(diào)光更容易實現(xiàn)，因為它只需要一個DC電壓就可以無閃爍地對LED進行調(diào)光。但通常來說，調(diào)光范圍要窄一些。”

對于由多個LED構(gòu)成的大功率照明應用，確保每個LED具有均勻的亮度且不產(chǎn)生任何閃爍也成為了主要的設計障礙，但PWM方法很容易解決調(diào)光時的閃爍問題?！叭鬚WM調(diào)制器的占空比能保持恒定，就應該不會存在燈光亮度不均勻的問題?！眳侵久癖硎荆懊绹鴩野雽w的LED驅(qū)動器不但能確保輸出的電流大小均勻，而且也確保畫面有極高的光暗對比度。從這幾方面來說，我們的LED驅(qū)動器都比市場上的同級產(chǎn)品更出色?！?p>
Tony Armstrong指出，總之，最終用戶所采用的調(diào)光方法在很大程度上將由LED本身的最終用途來決定。例如，在LED用于給顯示器提供背面照明的汽車信息娛樂系統(tǒng)中，環(huán)境照明的亮度變化范圍是非常寬的，既有陽光充足時的無比明亮，也有無月之夜的漆黑一片，可謂千差萬別。由于人眼對于環(huán)境照明條件的輕微變化極其敏感，因此需要3000:1的寬調(diào)光范圍。這將要求LED驅(qū)動器電路采用PWM調(diào)光方法。