工程師必看!LED照明電源設計四大難題解析
發布時間:2013-09-28 責任編輯:eliane
【導讀】工程師們在設計LED照明電源的時候,存在著一些設計難題,如電解電容壽命與LED不匹配、LED燈閃爍等等,該如何解決呢?安森美半導體高級應用工程經理鄭宗前針對其中的幾個難題進行原因分析並提出相應的解決方法。
難題1:電解電容壽命與LED不相匹配的問題
LED照明的一個重要的考慮因素,就是LED驅動電路與LED本(ben)身(shen)的(de)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)應(ying)該(gai)能(neng)夠(gou)相(xiang)提(ti)並(bing)論(lun)。雖(sui)然(ran)影(ying)響(xiang)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)因(yin)素(su)有(you)很(hen)多(duo),但(dan)其(qi)中(zhong)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)對(dui)總(zong)體(ti)可(ke)靠(kao)性(xing)有(you)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)影(ying)響(xiang)。為(wei)了(le)延(yan)長(chang)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming),需(xu)要(yao)有(you)針(zhen)對(dui)性(xing)地(di)分(fen)析(xi)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)電(dian)容(rong),並(bing)選(xuan)擇(ze)恰(qia)當(dang)的(de)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)。
shijishang,dianjiedianrongdeyouxiaogongzuoshoumingzaihendachengdushangshouhuanjingwendujiyouzuoyongzaineibuzukangshangdewenbodianliudaozhideneibuwenshengyingxiang。dianjiedianrongzhizaoshangtigongdedianjiedianrongedingshoumingshigenjubaoluzaizuigaoedingwenduhuanjingjishijiazuidaedingwenbodianliutiaojianxiadechude。zai105°C時典型電容額定壽命可能是5,000小xiao時shi,電dian容rong所suo實shi際ji遭zao受shou的de工gong作zuo應ying力li相xiang比bi額e定ding電dian平ping越yue低di,有you效xiao工gong作zuo壽shou命ming也ye就jiu越yue長chang。因yin此ci,一yi方fang麵mian,選xuan擇ze額e定ding工gong作zuo壽shou命ming長chang及ji能neng夠gou承cheng受shou高gao額e定ding工gong作zuo溫wen度du的de電dian解jie電dian容rong當dang然ran能neng夠gou延yan長chang工gong作zuo壽shou命ming。另ling一yi方fang麵mian,根gen據ju實shi際ji的de應ying力li和he工gong作zuo溫wen度du,仍reng然ran可ke以yi選xuan擇ze較jiao低di額e定ding工gong作zuo溫wen度du和he額e定ding壽shou命ming的de電dian容rong,從cong而er提ti供gong更geng低di成cheng本ben的de解jie決jue方fang案an;換個角度說,在設計中考慮保持適當的應力和工作溫度,可以有效地延長電解電容的工作壽命,使其更能與LED壽命相匹配。
舉例來說,安森美半導體符合“能源之星”固態照明標準的離線型LED驅動器GreenPoint®參考設計選擇了鬆下的ECA-1EM102鋁電解電容,其額定值為1,000µF、25 V、850 mA、2,000小時及85°C。在假定50°C環境溫度條件下,這電容的可用壽命超過12萬小時。因此,盡力使LED驅動電路工作在適宜的溫度條件並妥善處理散熱問題,就能實現LED驅動電路與LED工作壽命的匹配問題。
總的來看,如果LED驅動電路中必須使用電解電容,那就必須努力控製電容所受的應用力及工作溫度,從而最大程度延長電容工作壽命,以期與LED壽命匹配;另一方麵,設計人員也應該盡可能地避免使用電解電容。
難題2:LED燈閃爍的常見原因與處理辦法
通常人眼能夠感知到頻率達70 Hz的光閃爍,高於這個頻率則不會感知。故在LED照明應用中,如果脈衝信號出現頻率低於70 Hz的低頻分量,人眼就會感受到閃爍。當然,在具體應用中,有多種因素可能導致LED燈閃爍。例如,在離線式低功率LED照明應用中,一種常見的電源拓撲結構是隔離型反激拓撲結構。以安森美半導體符合“能源之星”固態照明標準的8 W離線型LED驅動器GreenPoint®參考設計為例,由於反激穩壓器的正弦方波功率轉換並未給初級偏置提供恒定能量,動態自供電(DSS)電dian路lu可ke能neng會hui激ji活huo並bing引yin發fa光guang閃shan爍shuo。為wei了le避bi免mian這zhe個ge問wen題ti,必bi須xu使shi初chu級ji偏pian置zhi能neng夠gou在zai每mei個ge半ban周zhou期qi部bu分fen放fang電dian,相xiang應ying地di,需xu要yao恰qia當dang選xuan擇ze構gou成cheng這zhe偏pian置zhi電dian路lu的de電dian容rong和he電dian阻zu的de量liang值zhi。
另外,即使是在使用提供極佳功率因子校正、支持TRIAC調光的LED驅動應用中,也要求電磁幹擾(EMI)濾波器。由TRIAC階躍(step) 引起的瞬態電流會激發EMI濾波器中電感和電容的自然諧振。如果這諧振特性導致輸入電流降至TRIAC維持電流之下,TRIAC將會關閉。短暫延時後,TRIAC通常又會導通,激發同樣的諧振。在輸入電源波形的一個半周期內,這係列事件可能會重複多次,從而形成可見的LED閃爍。為了應對這個問題,TRIAC調光的一項關鍵要求就是EMI濾波器的輸入電容極低,且這電容要能夠通過TRIAC及繞線阻抗解耦。根據公式,調光模塊中電容減小的話,就能夠增大諧振電路的電阻,原理上就抑製振蕩,恢複想要的電路工作。
難題3:PWM調光對LED的壽命有何影響
LED本身的壽命很長,PWM調光並不會損及LED的預期壽命;甚至由於PWM調光幫助減小LED發熱量,實際上還能幫助延長LED預期壽命。當然,在係統設計中,需要有效地檢測及控製LED溫度,保證LED可靠工作,體現其長壽命和低維護成本的優勢。
難題4:利用TRIAC調光調控LED亮度的潛在問題
當前TRIAC調光是一種頗受市場歡迎的調光方式。TRIAC調光器最初是為白熾燈設計的,但諸如安森美半導體這樣的領先供應商也推出了支持 TRIAC調光的LED驅動器,非常適合在LED照明中提供TRIAC調光。但這種方式也有其局限所在,如增加電路複雜性、影響功率因子、調光級別相對有限等問題。安森美半導體身為應用於綠色電子產品的首要高性能、高能效矽方案供應商,最新推出了用於住宅及商業LED照明應用的LED驅動器 NCL30000。這器件使用臨界導電模式(CrM)反激架構,以單段式拓撲結構提供高於0.95的功率因子,故又省卻直流-直流(DC-DC)轉換段,簡化了電路。這器件即使在低電平時也提供極高能效,符合各種規範要求及整體係統光效要求。另外,這器件兼容於前沿TRIAC調光器及尾沿晶體管調光器,視乎所用的調光器,LED光輸出可調至低於2%,提供優異的調光性能。
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