【技術(shù)應(yīng)用】LED照明設(shè)計基礎(chǔ)全攻略
雖然LED發(fā)熱很少,但是由于LED照明中,需要使用多顆數(shù)瓦級的LED,所以就會產(chǎn)生很高的熱量。雖然LED效率比較高,但是高效率僅支持在微小電流中的運行。大電流、高溫狀態(tài)下,效率較低。
另外,熒光粉型的LED,在轉(zhuǎn)換波長的時候會損失能量,從而產(chǎn)生熱量。持續(xù)高溫就會導(dǎo)致LED芯片、熒光粉、封裝樹脂壽命降低。因此,為了使LED的“高效率”、“長壽命”的優(yōu)勢保持下去,就必須控制LED的結(jié)溫。
?。?)電的特性
LED電源與白熾燈、熒光燈有很大的區(qū)別。白熾燈可以直接連接到220V的交流電上。熒光燈雖然有鎮(zhèn)流器和轉(zhuǎn)換開關(guān),但也使用220V的交流電。而LED的電源則需要直流的恒定電流,所以需要將220V的交流轉(zhuǎn)換為直流。電源的效率不高將直接影響到整個照明燈具的效率,因此提高電源效率對于提高LED照明效率來說顯得尤為重要。
調(diào)節(jié)LED光的方法主要有兩種。一種是改變恒定電流,一種是改變脈沖調(diào)制。LED是電子與空穴再結(jié)合時發(fā)光,光束依賴于電流。電流小的情況下,光束和電流基本是成正比的,但當LED電流增大,熱量隨之增大,導(dǎo)致發(fā)光效率變低,光束和電流就不成正比了。
在改變脈沖占空比的方法中,由于Talbot-Plateau效應(yīng)(反復(fù)接受瞬間閃光后,人眼會感受到反復(fù)時間內(nèi)的平均亮度),可以根據(jù)脈沖占空比改變亮度。
?。?)光特性
與白熾燈和熒光燈相比,1顆LED發(fā)出的光比較少,所以需要使用多顆LED。同時,由于LED的發(fā)光面積小,亮度高,人眼直視的話很容易眩暈。為了降低亮度,需要使用擴散板。但是,使用擴散板的話,光向各個方向發(fā)散,降低了光的效率。
LED、白熾燈、熒光燈的配光分布各不相同。所謂配光分布是指光源的方向以及各方向的發(fā)光強度。即使是相同光束的光源,如果配光分布不同,照度分布也會不同。有時也會出現(xiàn)本來想要照射的地方照度減小,其余部分反而照度增加的情況。
要減少光的浪費,控制配光分布,需要使用透鏡和反光鏡。LED本身就具有發(fā)光面積小、光的放射范圍在半球內(nèi)、配光分布旋轉(zhuǎn)對稱等優(yōu)點,再加上透鏡和反光鏡,就能構(gòu)成一個好的光源。 其他在光源屬性中,還有光譜。LED的發(fā)光光譜集中在特定波長的一個很窄的范圍,不放射紅外線。因此,在不想使照射物變熱的時候,使用LED較好。但是,LED自身會發(fā)熱,所以需要注意防止其導(dǎo)熱。另外還需要注意,熒光粉類型的LED,溫度變化,色溫也會隨之變化。
二、LED照明驅(qū)動電路基本設(shè)計
LED的排列方式及LED光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動器要求。LED驅(qū)動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED的電流,而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅(qū)動器基本的工作電路示意圖如圖4所示,其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒有物理上的電氣連接,最常用的是采用變壓器來電氣隔離,而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。
值得一提的是,在LED照明設(shè)計中,AC-DC電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動這兩部分電路可以采用不同配置:
(1)整體式(integral)配置,即兩者融合在一起,均位于照明燈具內(nèi),這種配置的優(yōu)勢包括優(yōu)化能效及簡化安裝等;
?。?)分布式(distributed)配置,即兩者單獨存在,這種配置簡化安全考慮,并增加靈活性。
圖4 LED驅(qū)動器的基本工作電路示意圖
LED驅(qū)動器分類及設(shè)計
如今在市場上典型的LED驅(qū)動器包括兩類,即線性驅(qū)動器和開關(guān)驅(qū)動器;大概的適用范圍見圖5.如電流大于500mA的大電流應(yīng)用采用開關(guān)穩(wěn)壓器,因為線性驅(qū)動器限于自身結(jié)構(gòu)原因,無法提供這樣大的電流;而在電流低于200mA的低電流應(yīng)用中,通常采用線性穩(wěn)壓器或分離穩(wěn)壓器;而在200至500mA的中等電流應(yīng)用中,既可以采用線性穩(wěn)壓器,也可以采用開關(guān)穩(wěn)壓器。
開關(guān)穩(wěn)壓器的能效高,且提供極佳的亮度控制。線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)比較簡單,易于設(shè)計,提供穩(wěn)流及過流保護,且沒有電磁兼容性(EMC)問題。
圖5 LED驅(qū)動器分類
在低電流LED應(yīng)用中,
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