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AC輸入LED驅動器技術問題

作者: 時間:2011-05-05 來源:網絡 收藏
眾所周知,商用及家用照明才是今后LED照明的最大市場。目前,在商用及家用LED照明領域,主流都是不更改原來白熱燈泡及鹵素燈的基礎安裝架構,只是用LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明光源。

  而傳統(tǒng)光源的基礎安裝及供電的架構亦可分成二大類:(1)直接使用市電供電的白熱燈泡;(2)從110VAC/60Hz或220VAC/50Hz轉化成高頻(20-60kHz)12VAC來供電的鹵素燈,即通過交流電子變壓器由市電轉化成12VAC來供電。第一種為市電供電的架構,采用AC直接輸入恒流輸出的LED驅動器;后者則為通過交流電子變壓器供電來的架構,當轉為12VAC輸出后,驅動電路便會采用橋式整流,將12VAC轉成DC電平,然后使用DC輸入LED驅動器。

  美國國家半導體公司(NSC)亞太區(qū)市場經理黎志遠指出,在家用或商用照明領域,市電輸入LED驅動器與DC輸入LED驅動器會因應不同供電基本架構,選擇相應方案。他介紹,NSC市電輸入驅動器分別有LM3444、LM3445、LM3450;LM3445及LM3450可支援搭配TRIAC可控硅調光器;DC輸入驅動器上有LM340X系列降壓恒流驅動器;LM342X系升壓或升/降壓恒流驅動器可供選擇。

  另外,上述亦提到使用LED光源來替代通過高頻電子變壓器供電的30W-50W鹵素燈,例如AR111及MR16,但當電子變壓器搭配LED驅動電路時,會經常出現(xiàn)燈光閃爍或引致電子變壓器損壞這兩大問題,因此市場上希望有成熟的LED驅動器方案可解決此問題。黎志遠介紹,NSC亦針對此問題推出了 LM3492驅動器,此方案可模擬傳統(tǒng)的鹵素燈電阻負載特性,來解決燈光閃爍及損壞電子變壓器問題。

  針對當前AC輸入LED驅動器備受部分韓臺廠商推崇的情況,TI半導體事業(yè)部高性能模擬產品業(yè)務拓展經理劉學超表示:“AC輸入LED驅動器存在某些需要解決的技術問題,目前還不能斷言它就是未來的趨勢?!?BR>
  長運通光電技術有限公司技術總監(jiān)文茂強的觀點則更加犀利,他說:“所有的LED驅動器都是工作在DC的,市電輸入恒流輸出的LED驅動器很少這樣設計,集成整流橋工藝、成本都不允許,市電輸入LED驅動器不具市場價值?!?BR>
  文茂強表示,當前LED驅動器的發(fā)展方向并不統(tǒng)一,難分秋色。長運通光電主張發(fā)展“分布式恒流”架構,高壓市電和DC驅動都能完美兼顧。他介紹,分布式恒流技術有高可靠性的原因在于,讓AC電源部分繼續(xù)沿用傳統(tǒng)開關電源,采用恒壓的供電模式。開關電源技術積累會給LED電源設計創(chuàng)造品質條件。在同一功率電源規(guī)格下,不用再開發(fā)新的電源型號,功率可向下兼容,大大減少電源規(guī)格,提高電源統(tǒng)一性。

  市場期待TRIAC調光LED驅動器

  傳統(tǒng)白熱燈泡及鹵素燈搭配可控硅(TRIAC)調光器的效果極好,但是一般的AC/DC LED驅動方案搭配LED燈并不理想,經常會出現(xiàn)燈光閃爍及引致調光器損壞。因此,市場亦需要LED驅動方案可搭配不同型號的TRIAC調光器,使得調光效果可與原來的白熱燈泡媲美。

  TI針對室內照明推出了不少外形小巧、支持TRIAC調光的高性能及高可靠性LED驅動器,例如TPS92210.此外,TI還推出了TPS92010,這是TI聯(lián)合Lemnis Lighting推出的一款完整 LED 照明驅動器參考板,幫助解決成本、調光以及效率三大問題。劉學超透露,該參考板將于2011年第二季度中期供貨,配套提供的用戶指南包含原理圖、材料清單以及測試結果,能夠滿足可調光LED燈的設計需求。

  NSC則推出了LM3445和LM3450兩款調光IC配合多款的參考設計,可配合不同類型的TRIAC調光器,設計不同類型的LED燈泡,例如筒燈、PAR燈、A燈等等。

  有業(yè)內人士指出,目前的調光控制解決方案均存在整合度不高,周邊元件多的問題。黎志遠坦誠,確有此事,并表示NSC會繼續(xù)開發(fā)新的市電輸入的可控硅調光及非調光恒流輸出的LED驅動IC,配合不同的參考設計,減少周邊元件甚至輸入EMI濾波器,推出更低BOM成本的LED驅動電路板。劉學超也表示,TI今后將更加深入了解LED照明趨勢與市場需求,采用小型化設計,降低外部組件成本。

  無電解電容LED驅動方案漸受重視

  就在上述國際大廠主攻調光控制技術之時,不少思路靈活的大陸及臺灣企業(yè)則精簡架構,拋棄調光功能,走上了輕裝上陣的“實用主義路線”.

  臺灣芯巧公司新推出了無電解電容的LED驅動控制方案,該產品大膽舍棄了調光功能,使得周邊原件數(shù)量銳減至個位數(shù),整個LED驅動模塊完全被整合于球形燈泡中。

  這是一個專門針對小功率室內照明的LED驅動解決方案。在室內照明尤其是家庭照明中,普通球泡燈對于調光并無太大要求,相反對成本、壽命等因素更為敏感。該產品大陸地區(qū)代理商深圳市聯(lián)盈首銳科技有限公司產品總監(jiān)谷宗泰介紹,新產品具有壽命長(2萬~4.5萬小時),成本低(7W燈泡,RMB50元,不含稅),生產組裝簡易等特點,同時提供標準配置和定制化兩種服務,能夠分別滿足新加入LED照明行業(yè)的廣大山寨廠商和擁有一定技術基礎的品牌企業(yè)。

  谷宗泰表示,該無電解電容LED驅動控制方案的主要目標市場是球泡燈和梯形燈管,并已于2010年11月開始量產。雖然目前50元人民幣的價格仍然距離普通消費者有一定距離,但隨著大量廠商的加入,產量上升成本自然下降,預計將在2011年上半年掀起一波不小的LED家用照明熱潮。

  主流LED路燈采用兩級架構

  在公共照明上,例如LED路燈、隧道燈等,其可靠性及工作壽命最為重要。LED路燈的可靠性及工作壽命除了受到LED的工作溫度影響外,亦受LED驅動方案的可靠性及工作效率所影響。

  LED的溫度及散熱效果對LED照明系統(tǒng)光衰造成莫大影響。路燈熱源除了LED本身以外,LED驅動方案的功率損耗亦會造成發(fā)熱,增加LED的工作溫度。因此,LED驅動器的工作效率需要不斷往上提升,以減少對LED溫度的影響及增加LED路燈流明度。

  除此以外,由于LED路燈于戶外較惡劣的環(huán)境工作,LED的溫度可能于突發(fā)情況溫度飆升,對LED路燈系統(tǒng)造成嚴重損壞。因此,市場上亟需LED驅動方案可探測LED的溫度;如發(fā)現(xiàn)LED溫度過高,能夠做出自動反饋,降低LED的電流,以免對LED造成損壞。

  黎志遠表示,LED路燈使用于戶外環(huán)境,工作溫度變化差距可以相當大,因此LED照明驅動方案在相當寬闊的工作環(huán)境溫度亦需穩(wěn)定工作。而NSC所有LED驅動IC的工作溫度范圍均由-40℃至+125℃,能滿足路燈在惡劣環(huán)境的工作要求。

  TI也針對街道照明開發(fā)出支持通信,并獲得專利的獨特高效率多變壓器拓撲(AC/DC 效率超過 91%,并采用恒流驅動器),和AC/DC的獨特解決方案。劉學超表示,通用照明市場將在未來10年內淘汰35+B照明設備,TI將更加嚴格地遵守“能源之星”等國際LED照明標準,為LED驅動器開發(fā)總體解決方案。

  在LED路燈照明領域,由于輸出功率或光度都比普通商用或家用照明高很多,LED驅動設計要求并不一樣。以一個輸出功率100W的LED路燈為例,若使用1W或3W功率LED,假設使用市電輸出直接恒流的驅動器,需將一百顆1W LED或三十多顆3W LED串聯(lián)起來,輸出電壓便會相當高,次級超過60VDC安全操作電壓,申請安規(guī)考慮會較復雜。此外,智能路燈的設計需要光度控制,采用直接市電輸入恒流輸出的驅動器相對較困難實現(xiàn)PWM調光。

  黎志遠認為,在LED路燈領域,AC/DC恒壓電源加上DC輸入恒流驅動器應是LED路燈主流架構。該公司的路燈驅動控制IC LM3464,能有效配合AC/DC恒壓電源提升整個路燈電源方案的工作效率高于90%,而且不會產生額外高頻噪音,并有效減少路燈電源EMI濾波元件。另外,LM3464支援PWM調光,容易調節(jié)LED智能路燈系統(tǒng)的光度,同時能透過溫度感應元件探測LED溫度,進行LED溫度反饋,避免LED在戶外惡劣環(huán)境溫度過高而造成損壞。

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