菜鳥工程師必看!LED照明電源設計四大難題解析
發布時間:2014-01-22 責任編輯:cicy
一: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5,000xiaoshi,dianrongsuoshijizaoshoudegongzuoyinglixiangbiedingdianpingyuedi,youxiaogongzuoshoumingyejiuyuechang。yinci,yifangmian,xuanzeedinggongzuoshoumingchangjinenggouchengshougaoedinggongzuowendudedianjiedianrongdangrannenggouyanchanggongzuoshouming。lingyifangmian,genjushijideyinglihegongzuowendu,rengrankeyixuanzejiaodiedinggongzuowenduheedingshoumingdedianrong,congertigonggengdichengbendejiejuefangan;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。
二: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70Hz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。
三: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。
四: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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