低功率(≤20W)LED照明解決方案

低功率LED照明趨勢

LED照明應用可分為三種基本輸入功率范圍： 低功率為小于或等于20瓦;中功率為20瓦至50瓦之間;高功率為高于50瓦。在現實(shí)世界中，應用場(chǎng)景不會(huì )總是很好地符合這三種規格。但在考慮 LED驅動(dòng)器解決方案時(shí)，應以這些功率大小為基礎。

本文討論了≤20W的低功率應用，特別是球形燈泡的替換或改型、現有燈具的替代，以及新制造燈具。

根據Strategies Unlimited的最新LED年度報告，2013年照明領(lǐng)域LED的全球銷(xiāo)售額為44億美元，(LED全球市場(chǎng)： 2014年市場(chǎng)回顧和預測)。 按2013年到2018年27.5 %的年增長(cháng)率預測，到2018年銷(xiāo)售額有望達到149億美元。巨大且不斷增長(cháng)的市場(chǎng)潛力要求LED驅動(dòng)器提高效能(效能是每瓦流明數的比率)、降低成本和 延長(cháng)工作壽命。

美國 能源部(DOE)預測高亮度LED的潛力會(huì )超越迄今的傳統技術(shù)。圖 1和圖 2所示為能效提高的趨勢。能效的分母為輸入功率，而輸入功率和將能量傳遞給LED燈串的效率與LED驅動(dòng)器解決方案相關(guān)。單一驅動(dòng)器拓撲結構在整個(gè) LED 功率范圍內不是最佳結構，但可以考慮以最少的拓撲來(lái)滿(mǎn)足全部 LED 驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)的需求。

LED驅動(dòng)器的另一常見(jiàn)設計約束是成本。DOE的目前近似成本如圖 3所示;驅動(dòng)器占總制造成本的10%到20%。無(wú)論性能如何提高，總成本目標是最終用戶(hù)接受LED照明解決方案的最大障礙。DOE的2011固態(tài)照明市場(chǎng) 講座中建議的成本目標如圖4所示，幾乎是每四年減少50%。

工作壽命與LED驅動(dòng)器本身的可靠性有關(guān)。影響可靠性的因素有元件數量、所用元件類(lèi)型，以及LED驅動(dòng)器中的溫度或者散熱情況?？煽啃钥墒褂貌考? 數方法來(lái)計算，目標是減少驅動(dòng)器中使用的元件?？煽啃赃€受工作溫度的影響;因此，減少與LED驅動(dòng)器元件相關(guān)的功率損失以及拓撲控制方法與散熱設計一樣重 要。發(fā)展趨勢是省去電解電容和光隔離器等元件，并將功能集成到半導體控制芯片中。

下面，我們將討論LED驅動(dòng)器標準和機構要求。

LED驅動(dòng)器標準和機構要求

用于規范LED驅動(dòng)器產(chǎn)品的標準和機構有許多，自愿和強制性方案都有。

表1為關(guān)于照明的幾個(gè)機構的示例。

表1:全球機構規范范例

該列表應包括 FCC 要求 47 CFR的 第 15 部分，A 類(lèi)和 B 類(lèi)，諧波發(fā)射限值 ANSI C82.77-2002 或 IEC 61000-3-2，UL 8750 安全標準或 IEC 60650 第 1 部分，線(xiàn)路瞬態(tài)保護 IEEE C62.41.1991，A 類(lèi)或 A 類(lèi)可聞噪聲。 LM-80： 用于確定 LED 及 LED 模塊(而非光源)的流明維持率的指定程序。 LM79：用于測量發(fā)光效能的指定程序。 TM-21：用于確定期望使用壽命的指定方法。 最后，但并非最不重要的一點(diǎn)是，用于 LED 器件陣列或系統的NEMA SSL 1電子驅動(dòng)器。

適用標準的清單較長(cháng)，同時(shí)”能源之星”方案要求的審查突出了許多 LED 驅動(dòng)器設計要求，如 表 2 所示。 所列項目都集中于 LED 驅動(dòng)器，而不一定是燈泡或燈具。

表2：LED驅動(dòng)器的具體標準和機構要求

闡明了標準和要求后，現在我們可以開(kāi)始考慮驅動(dòng)器設計事宜了。 下面我們將談?wù)勛畛Ｓ肔ED燈具型號中的兩種(MR11和MR16)的驅動(dòng)器設計。

MR11/16 LED驅動(dòng)設計

在當今低功率LED照明趨勢的解決方案系列的第二部分中，我們列舉了設計師需要參考的各種規范和行業(yè)標準，以便了解任何既定項目中關(guān)于LED驅動(dòng)減少功耗、功率因數校正和低THD的設計限制。除了相關(guān)規范和標準，還需考慮很多其它可能影響設計的因素。包括：

●開(kāi)發(fā)周期和設計復雜性

●效率和效能

●工作溫度

●無(wú)閃爍和無(wú)閃光

●恒流輸出容差

●供應商選擇與整合

●驅動(dòng)器的成本、可靠性和使用壽命

●保護功能—— 過(guò)壓保護(OVP)、過(guò)流保護(OCP)、過(guò)溫保護(OTP)、短路LED、開(kāi)路LED

●有限的印刷電路板 (PCB) 空間或體積(高度)限制

●找到滿(mǎn)足輸入和輸出電壓-電流參數、散熱設計、安全法規和保護需求的電源拓撲