教你輕松翻新LED驅動(dòng)器 ！

　　LED照明是一項近乎主流的技術(shù)。換代規格的LED燈使物業(yè)管理人員和業(yè)主利用傳統的電力基礎設施即可享受LED的較長(cháng)工作壽命和節能特性。這些環(huán)境中已安裝局域網(wǎng)（LAN），以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)提供了前所未有的動(dòng)態(tài)監測和控制每個(gè)LED燈以及智能LED照明/傳感器集中器的能力。

　　在2015年及之后時(shí)期，LED必將推動(dòng)照明系統的設計

　　發(fā)光二極管（LED）是一種通過(guò)電流時(shí)會(huì )發(fā)光的半導體器件。LED的應用優(yōu)勢在不斷發(fā)展和成熟，使其成為越來(lái)越多傳統及新照明應用的首選。

　　LED的優(yōu)勢包括更長(cháng)的工作壽命、更高的能效（流明/瓦）以及小巧的外形尺寸。例如，LED燈的工作壽命為50，000小時(shí)，遠遠超出白熾燈1，000至 2，000小時(shí)的典型工作壽命，以及緊湊型熒光燈（CFL） 5，000至10，000小時(shí)的壽命。所以，LED非常適合眾多商業(yè)和工業(yè)應用，這些行業(yè)都要求節能，并且接觸/安全風(fēng)險和高人工成本都不利于更換照明燈。10W LED燈的發(fā)光亮度相當于大約60W白熾燈，這使得LED燈的使用和維護成本低得多。LED可用于傳統燈具，例如MR16；可理想用于更換這些燈座，提供較長(cháng)時(shí)間及較高能效的照明。

　　LED發(fā)光的波長(cháng)或顏色依賴(lài)于LED構造中所用的材料。使用合適的驅動(dòng)器，LED則具有更大的設計靈活性，便于調光和更改發(fā)光顏色。與合適的控制器及傳感器配合使用時(shí)，可根據環(huán)境中條件的變化調節發(fā)光量和顏色。這種能力使其可理想用于室內照明以及可調光路燈和室外照明等應用，根據環(huán)境光變化改變其亮度。 LED調光節省的電能大約為1：1，所以將LED調光至50%將節省大約50%的電能。

　　設計者不斷將LED應用于日益增長(cháng)的各種照明應用。我們討論兩種場(chǎng)景下的LED應用。設計者在傳統規格燈具中使用LED模塊，例如MR16，LED必須與已有的電力基礎設施配合工作，發(fā)揮LED燈的優(yōu)勢。相比之下，以太網(wǎng)供電（PoE） LED照明網(wǎng)絡(luò )則采用較新或并聯(lián)的電力基礎設施。在討論這些應用空間之前，我們簡(jiǎn)要回顧一下LED驅動(dòng)器。

　　圖1：LED驅動(dòng)器將輸入電壓轉換為L(cháng)ED要求的電平

　　LED驅動(dòng)器

　　LED驅動(dòng)器為低壓元件，將輸入電壓，例如120V、220V或277V，轉換為L(cháng)ED要求的低壓。這些驅動(dòng)器也解析控制信號，調暗、調亮以及更改發(fā)光顏色（圖1）。LED驅動(dòng)器可采用恒流（例如350mA、700mA或1050mA）或恒壓（通常為12V或24V）配置。這兩種類(lèi)型的驅動(dòng)器不可互相交換。燈具制造商選擇驅動(dòng)器類(lèi)型和配置，以匹配燈具中所用LED模塊的電氣要求。本文中我們以恒流驅動(dòng)器為例進(jìn)行討論。

　　恒流驅動(dòng)器支持脈寬調制（PWM）和恒流調光（CCR）法，在LED調光時(shí)調節輸出電流。LED應用要求電流恒定，以確保輸入電壓波動(dòng)時(shí)LED燈輸出保持不變。LED驅動(dòng)器不僅驅動(dòng)高端和低端照明，也負責連續或步進(jìn)調光。設計者根據大量應用要求的各種組合將驅動(dòng)與LED進(jìn)行匹配，包括驅動(dòng)的LED數量、電源類(lèi)型以及LED的功能特性。匹配或實(shí)現不好的LED驅動(dòng)器實(shí)際上會(huì )縮短照明燈的工作壽命，引起不可預期的照明問(wèn)題，例如閃變。

　　如果LED發(fā)光的幅度和/或頻率被周期性調制或波動(dòng)（不可預期），人眼會(huì )感測到。如果輸入電流快速變化造成LED燈輸出發(fā)生快速變化，LED就容易發(fā)生閃爍。引起閃爍的原因有很多，包括電源噪聲、控制噪聲、元件容限以及LED驅動(dòng)器電路設計問(wèn)題。

　　好的LED驅動(dòng)器設計應考慮所有的內部和外部因素，為L(cháng)ED提供恒定、無(wú)振蕩電流，實(shí)現無(wú)閃爍調光。

　　翻新改造

　　LED的較長(cháng)壽命和較高效率使其可理想用于代替其它照明技術(shù)，尤其是白熾燈和鹵素燈。將LED用于已有照明基礎設施時(shí)，主要面臨兩項挑戰。首先，更換的照明燈必須符合傳統光源的外形尺寸；其次，必須在已有電氣基礎設施環(huán)境下無(wú)閃爍地正確工作。

　　將LED安裝至現有外形尺寸，例如MR16 （圖2），不僅限制了驅動(dòng)器電路板的尺寸，而且也要考慮設計本身的散熱問(wèn)題。

　　圖2：MR16規格燈具被改造為L(cháng)ED版本

　　由于LED僅發(fā)射可見(jiàn)光，所以熱傳導散熱高于白熾燈或鹵素燈。散熱也是限制照明燈產(chǎn)生發(fā)光量的因素之一。當今換代燈采用的LED技術(shù)幾乎達不到主流市場(chǎng)可接受的亮度水平。提高亮度限值，以及隨之而來(lái)的散熱設計，對于設計一款商業(yè)上成功的產(chǎn)品是必不可少的。散熱的一個(gè)必然結果就是影響驅動(dòng)板的使用壽命。為發(fā)射更多的光，照明燈就必須工作在相對較高的溫度下（+80°C至+100°C）。在這種溫度環(huán)境下，容易受高溫影響的驅動(dòng)器電路板會(huì )限制整個(gè)LED燈的工作壽命。

　　為了能夠在現有電氣規格下正確工作，換代LED燈必須能夠配合基礎設施正確工作，包括切角（三端雙向可控硅/前沿或后沿）調光器和磁性或電子式變壓器。每種基礎設施都存在自身的技術(shù)問(wèn)題。

　　對于鹵素燈，由于耗流足夠高，能夠保證調光器保持導通，所以調光器工作得很好。然而，LED換代燈則不能支持可控硅調光器很好地工作，因為它既不能提供所需的啟動(dòng)電流又不能提供保持電流。造成的結果就是調光器不能正常啟動(dòng)或在工作時(shí)關(guān)閉，LED燈產(chǎn)生閃爍現象。

　　電子式變壓器具有其自身的設計注意事項：要求負載為電阻性，但LED MR16燈不是電阻負載。因此，需要改變負載特性，防止電子變壓器關(guān)斷。LED MR16燈設計中的一項最大障礙是開(kāi)發(fā)無(wú)閃爍調光并兼容電子變壓器的照明燈。電子變壓器遠小于傳統磁性變壓器，當LED燈所需的電流較低時(shí)，是一項艱巨的設計問(wèn)題。較低的LED電流造成大多數LED燈不能與電子式變壓器配合工作。調光器會(huì )進(jìn)一步減小電流，加劇了這一困難。

　　Maxim的MAX16840 LED驅動(dòng)器采用擁有專(zhuān)利的固定頻率、平均電流模式控制方法，解決了這一問(wèn)題，并且也兼容絕大多數電子變壓器和后沿調光器。

　　以太網(wǎng)供電（PoE）

　　LED照明是一項近乎主流的技術(shù)。此外，LED很容易配合傳感器、無(wú)線(xiàn)通信模塊以及嵌入式處理器進(jìn)行工作。這種多用途性允許LED燈具變?yōu)橹悄芫W(wǎng)絡(luò )傳感器集中器，利用隔離的本地嵌入式處理器，照明系統可實(shí)現節能。將智能LED燈/傳感器集中器連接至局域網(wǎng)（LAN），允許已安裝的LED集中器快速支持并充分利用IoT （物聯(lián)網(wǎng)）上涌現出的新功能，無(wú)需更換昂貴的照明燈，提供適應未來(lái)發(fā)展的技術(shù)（圖3）。PoE非常適合于通過(guò)LAN供電、連接和控制智能LED集中器。 PoE技術(shù)受IEEE 802.3標準的約束，標準規定通過(guò)單根標準網(wǎng)線(xiàn)（如cat 5）直接為所連設備的網(wǎng)口供電以及進(jìn)行數據通信。使用PoE降低了兼容IP設備的部署和安裝成本，包括LED燈和傳感器集中器。由于只需要布設一根數據電纜，所以布線(xiàn)成本較低；無(wú)需獨立的電源電纜。由于數據網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)無(wú)需雇傭有執照、有資質(zhì)的電工，所以安裝成本較低。由于既能夠通過(guò)所連設備的電源實(shí)現離散控制，又能夠在斷電期間僅使用網(wǎng)絡(luò )連接提供電源備份，所以PoE網(wǎng)絡(luò )支持更好的總體網(wǎng)絡(luò )電源管理。PoE支持10BASE-T、100BASE-TX和 1000BASE-T網(wǎng)絡(luò )。

　　最初的PoE標準頒布于2003年，2009年更新。通過(guò)交換機/集線(xiàn)器上的供電設備（PSE）供電。IEEE 802.3標準允許PSE用于中跨模式，將電源插入至網(wǎng)絡(luò )中。該方法支持傳統網(wǎng)絡(luò )，能夠更好地控制被供電網(wǎng)絡(luò )。接收供電的連接設備通常被稱(chēng)為用電設備（PD）。

　　為支持傳統設備，PSE可通過(guò)兩對線(xiàn)供電，使用3類(lèi)或更好電纜時(shí)，最大功率為15.4W，電壓范圍為44VDC至57VDC.該標準也規定，使用5類(lèi)或更好電纜時(shí)，PSE可提供30W （通過(guò)兩對線(xiàn)）或60W （通過(guò)四對線(xiàn)）功率，電壓范圍為50VDC至57VDC.對于這三種功率情形，PD被限制為最大功率分別為13.0W、25.5W或51W （考慮到電纜中的最差工作條件下的功率損耗）—全部為37VDC至57VDC電壓范圍。

　　圖3：整合傳感器的LED變?yōu)榱酥悄芫W(wǎng)絡(luò )集中器

　　初次連接期間，PD與PSE協(xié)商其功率級別。所有PD在其供電線(xiàn)對上有一個(gè)25kΩ電阻，允許PSE檢測PD何時(shí)連接到網(wǎng)絡(luò )以及何時(shí)從網(wǎng)絡(luò )斷開(kāi)。

　　PoE不影響數據通信性能，而實(shí)際上通過(guò)PoE單元及所連設備之間的功耗協(xié)商，防止網(wǎng)絡(luò )設備過(guò)載。只為兼容設備供電，防止向不兼容的傳統設備供電。這種方法允許用戶(hù)在其網(wǎng)絡(luò )上隨意、安全地混合使用傳統設備和PoE兼容設備。

　　在PoE配置中，每個(gè)LED燈具可為標準RJ45連接器即插即用設備，自身?yè)碛蠭P地址，可獨立尋址。通過(guò)PoE連接智能LED集中器（集成傳感器和無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)），可為發(fā)光的每個(gè)LED集中器供電。PoE連接也支持每個(gè)LED集中器從其各種傳感器收集信息，并將數據送回至控制器（圖4）。收集的信息可能包括環(huán)境光、溫度、濕度以及匿名的房間使用率數據。例如，感應傳感器可用于確保只在有人進(jìn)入房間時(shí)才打開(kāi)照明燈。當傳感器檢測不到任何人存在時(shí)，則自動(dòng)關(guān)閉照明?；蛘?，環(huán)境光傳感器支持日光收集，因為L(cháng)ED照明在日光不足時(shí)自動(dòng)調節，以維持照明。

　　通過(guò)PoE操作，LED照明系統變?yōu)橐粋€(gè)信息網(wǎng)絡(luò )，所以用戶(hù)可控制其附近的照明和溫度。系統能夠訪(fǎng)問(wèn)其它建筑服務(wù)（比如通過(guò)智能電話(huà)），例如接近檢測傳感器，以發(fā)現最近的空閑會(huì )議室；也使物業(yè)經(jīng)理能夠更好地測量、監測和控制其它建筑系統，例如實(shí)時(shí)采暖和通風(fēng)。物業(yè)經(jīng)理現在可利用這些數據進(jìn)行歷史趨勢分析，進(jìn)而發(fā)現改進(jìn)能源效率和運營(yíng)效率的機會(huì )。改進(jìn)效率的機會(huì )包括調節溫度、照明以及根據用戶(hù)的實(shí)際行為制定清潔計劃。CAT 5e/6/6A CABLE DIMMER PATCH PANEL MOTION SENSORS

　　圖4：聯(lián)網(wǎng)的照明和傳感器能夠為任何使用照明的區域帶來(lái)新功能

　　PoE LED網(wǎng)絡(luò )提供適應未來(lái)發(fā)展的附加利益，因為L(cháng)ED照明（以及集成的智能傳感器集中器）已經(jīng)部署在人們聚集的位置。如果物業(yè)經(jīng)理希望增加新傳感器或通信模塊，例如分布式短程無(wú)線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)，則能夠以較低的利潤成本實(shí)現，因為電力和數據已經(jīng)連接到最有利的位置。

　　PoE是LED照明的未來(lái)。Maxim LED驅動(dòng)器支持較寬范圍電壓（MAX16832：6.5V至65V）和輸出電流（MAX16832：1A），可理想用于支持PoE應用。這些器件支持模擬和PWM控制，可實(shí)現無(wú)閃爍平滑調光。器件集成了多種外部元件，包括MOSFET，滿(mǎn)足小尺寸要求。

　　總結

　　換代LED燈可使用戶(hù)在使用傳統電力基礎設施情況下享受LED照明的工作和控制優(yōu)勢。PoE支持LED照明網(wǎng)絡(luò )使用安裝、維護和改造均比傳統電力基礎設施更簡(jiǎn)單、價(jià)格更便宜的電源。PoE供電的LED照明網(wǎng)絡(luò )前所未有地為物業(yè)經(jīng)理和大廈業(yè)主提供了動(dòng)態(tài)監測和控制每個(gè)LED燈的能力。由于PoE供電的LED 照明網(wǎng)絡(luò )很容易與其它元件集成，例如傳感器和無(wú)線(xiàn)通信模塊，所以就提供了適應未來(lái)發(fā)展的方法，很容易支持IoT中不斷涌現的新功能。