自主創(chuàng)新的市電LED照明自適應(yīng)恒流驅(qū)動器
加入技術(shù)交流群
筆者于多年前進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用LED 的產(chǎn)品領(lǐng)域，見證了LED 照明器件由質(zhì)次價高到逐漸提高品質(zhì)，從低發(fā)光強度產(chǎn)品向高亮度、超高亮度發(fā)展。隨著相對大的功率和高光效的器件出現(xiàn)，產(chǎn)品價位也有很大幅度的下降；以至于有可能從顯示及信號燈的應(yīng)用范圍向更廣闊的普通照明應(yīng)用市場拓展，也為從事LED 應(yīng)用的工作者提供了施展能力的基礎(chǔ)。
當(dāng)年面對大規(guī)模應(yīng)用LED 的交通信號燈產(chǎn)品時，產(chǎn)生了一種思維觀念：認(rèn)為雖然使用的LED 還有許多局限性乃至不足之處，但不能就此無所作為，而應(yīng)該各司其職。作為LED 應(yīng)用產(chǎn)業(yè)不得不考慮的是，在現(xiàn)有器件的水平下如何充分利用好它的潛質(zhì)，也就是說需要深入了解LED 特性、用好LED 。
LED 從本質(zhì)上說是一種電流器件，是通過電流而產(chǎn)生光效；在電特性上又相當(dāng)于一個穩(wěn)壓管，當(dāng)流過的電流發(fā)生變化，引起兩端電壓的變化是很小的。但是如果外加的電壓比LED 的穩(wěn)壓值稍大些時，則流過的電流就要發(fā)生很大的變化，所以LED 必須由電流源供電，而且要求恒流。企圖穩(wěn)壓供電再用電阻限流方式，也并非上策；因為LED 在工作時發(fā)熱、老化等致使壓降變化，最后壓差變化了還是要造成工作電流變異。
在人們質(zhì)疑所用的LED 性能或失效率不如人意時，對LED 的先天不足應(yīng)持客觀的態(tài)度，因為任何事物的發(fā)展、進(jìn)步都需要有個過程，更何況現(xiàn)在已顯露出LED 有著不凡的前景。可以先化點精力仔細(xì)檢查并測試一下器件的工作狀態(tài)及生產(chǎn)加工過程。
必須明白LED 是種嬌貴的器件，所以應(yīng)用上總是想從LED 中獲得盡可能多的光通量以降低成本。工作電流往往就接近上限值，但是因電源浪涌，感生電流等即使短期的意外過載都必然會對器件產(chǎn)生傷害。所以一定要保證必要的電流寬裕度或有嚴(yán)格可靠的保護措施。
而LED 內(nèi)部的銀膏導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和環(huán)氧封裝等，遇熱脹冷縮環(huán)境不可避免地有應(yīng)力損害，大電流及高溫下也要加劇光衰不能不防。
溫度和散熱條件有時更可能是致命的殺手，所以生產(chǎn)過程中焊接的溫度和時間都要控制不得超標(biāo)，隨后的及時冷卻也致關(guān)重要。因為要便于從引線散熱，熱阻就做得小，熱量同樣容易從引腳傳入，當(dāng)引腳處理得短時傳熱更甚；有時器件失效率的升高往往是焊接過程中疏忽所造成的。
雖有這么多難題要解決，但也不必因此消極氣餒，這可是LED 應(yīng)用工作者發(fā)揮作用的大好時期。可以看到世界上那么多公司開發(fā)出形形式式的LED 驅(qū)動芯片，既體現(xiàn)了業(yè)界精英們的智慧和積極性，也顯示出蓬勃發(fā)展的商機產(chǎn)生的促進(jìn)力。本來照明產(chǎn)品就有非常大的比例直接在市電電網(wǎng)上使用，所以綠色節(jié)能的市電LED照明將會有巨大的市場需求潛力。
要推廣LED 在市電照明的應(yīng)用，必須要找出它的特殊性，才有可能達(dá)到事半功倍的效果。與以前成熟應(yīng)用的直流低壓條件不同，市電電壓相對比較高，除了人身安全外還有擊穿、打火的可能。因此驅(qū)動器就需有所不同；為了降低驅(qū)動的功耗提高照明效率，LED 組件應(yīng)該布置成適合在高電壓小電流下工作，就是要串聯(lián)使用LED 。這和大電網(wǎng)輸電線路要用超高電壓傳送降低損耗有異曲同工的道理。所以串聯(lián)使用許多個低功率LED ，比使用少量功率型LED更省電（功率型LED其內(nèi)部實際相當(dāng)于許多低功率LED 芯片并聯(lián)而成）。而且從產(chǎn)品指標(biāo)上也看得出，三個1W的LED 加起來要比一個3W的光效增加不少，當(dāng)多個器件分散布置時更有利于散熱和降溫，同樣會提高光效，都支持這種最節(jié)電的設(shè)計理念。
自主創(chuàng)新源于技術(shù)的經(jīng)歷和累積
發(fā)展市電LED 照明產(chǎn)品，觀念上先要拓寬，僅模仿過去的產(chǎn)品改頭換面不會有出路，要替代白熾燈就想將LED 和驅(qū)動電路塞進(jìn)燈泡里，要做成日光燈就忘不了那根細(xì)長的管子。
太仿真了就成不了真，拘泥于舊形式就創(chuàng)不出新局面。要沿用白熾燈的羅口標(biāo)準(zhǔn)沒有錯，但不妨將燈罩也一起設(shè)計上去，使用 一點工程塑料就可將多個LED 和驅(qū)動電路分散布置得很好，就可創(chuàng)造出自然通風(fēng)散熱的環(huán)境。帶個塑料燈罩的LED 照明燈增加不了多少成本，卻能為LED 安全、穩(wěn)定使用和光照分布的滿意度起到?jīng)Q定性的作用。
至于日光燈主要是天花板頂部照明器具，何苦總要做成長條形，完全可順其自然做成所需要的『面積照明』 。那時散熱性、照度均勻性等問題都會迎刃而解。
而作為市電還有其交流方面的特殊性能，作者三十幾年前因為不滿足鎢絲二極管傳感器加電抗器控制的交流穩(wěn)壓器的性能，研究過一種應(yīng)用前饋技術(shù)的精密交流穩(wěn)壓器電路，雖沒有機會形成產(chǎn)品卻對市電有過一番琢磨。幾年前又發(fā)散了一下思維，研究出市電自適應(yīng)恒流驅(qū)動LED 的原理，創(chuàng)造了獨特的使用市電的LED 照明控制電路專有（專利）技術(shù)。詳情見專題論述。
這里簡言之，就是利用市電的特性，在直接驅(qū)動LED 照明器具時，使之能適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動而始終保持在設(shè)定的恒流狀態(tài)。
最近看到NXP 公司推出了據(jù)稱是世界首款集成可調(diào)光市電LED 驅(qū)動器SSL2101 。經(jīng)過比較之后，發(fā)覺所創(chuàng)造的市電自適應(yīng)控制電路，比SSL2101 要簡單得多。簡單到芯片內(nèi)總共只需集成十多個低功耗的通用二極管、雙極型晶體管。無需專門的Vcc 電源，不用變壓器、電感線圈等，直接使用220V市電并可立即驅(qū)動LED ，除了有手動調(diào)光功能外，還能極方便地自動調(diào)光。
已制成用121 個LED 的晚上可自動降低發(fā)光亮度的，符合歐洲節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的交通信號燈樣品，還做成可根據(jù)環(huán)境光亮度，在白天關(guān)閉、夜間自動點亮的用16個LED 組成的照明燈。在市電180V～250V工作范圍內(nèi)，做到約1 ％的恒流穩(wěn)定度，二年后測試仍保持不變。說明在市電應(yīng)用中，市電自適應(yīng)LED 恒流驅(qū)動器，無論在LED 使用的個數(shù)上或者對自動調(diào)光的方式上都能游刃有余，在性能、成本上比SSL2101 有獨到的地方。
市電自適應(yīng)LED 恒流驅(qū)動器芯片引腳見圖1 ，典型應(yīng)用框圖如圖2、圖3 所示。
圖中的驅(qū)動芯片還沒有廠投產(chǎn)故未標(biāo)型號，作者先用分立器件模塊代替。但是顯而易見，那些通用的小功率晶體二極管、三極管，在IC生產(chǎn)廠都可以很容易地集成出來。圖2中RV1 用來調(diào)節(jié)恒流值，即燈光亮度。RV2用來調(diào)整照明燈開啟和關(guān)閉時的環(huán)境光亮度的閾值。圖3 中的RV1 用來調(diào)整交通信號燈的工作電流值，圖中RB為感光后起自動調(diào)節(jié)作用的光敏電阻。外圍電路只用不到十個的低功耗電阻和四個低壓電容器。圖7 、圖8 、為已制作成的樣品外形圖。
評論