選擇模塊化LED驅動(dòng)器的理由

定制的驅動(dòng)器有何風(fēng)險?為什么現成的LED驅動(dòng)器會(huì )是更好的解決方案?

LED驅動(dòng)器規格書(shū)的內容通常是非常吸引人的，廠(chǎng)家會(huì )承諾在低價(jià)格的基礎上，提供良好的性能和豐富的功能。然而，在實(shí)際應用中，有許多的潛在障礙在規格書(shū)中并未被提到，這樣有可能會(huì )給開(kāi)發(fā)者帶來(lái)嚴重的問(wèn)題。此外，LED驅動(dòng)器的研發(fā)，測試和認證都很耗時(shí)且花費高昂，尤其是AC/DCLED驅動(dòng)器?，F成的并且經(jīng)過(guò)測試的模塊，節省了研發(fā)工作中所產(chǎn)生的高成本費用，這至少可以節約80%以上的設計成本。

模塊化VS分立式：概述

傳統觀(guān)念認為分立式LED驅動(dòng)器比模塊化解決方案會(huì )更具有成本優(yōu)勢。然而，事實(shí)并非如此。如果價(jià)格對比只是基于BOM(物料清單)的成本，模塊化驅動(dòng)器的價(jià)格是要高于分立式LED驅動(dòng)器。但這不是一個(gè)公平的對比方法，因為分立式方案的實(shí)際應用成本遠遠高于BOM里統計的成本。另外，還需考慮到，LED驅動(dòng)器通常是設計過(guò)程中最后定義的一個(gè)組件，也因此時(shí)間成為了一個(gè)緊迫的因素。

決定采用一個(gè)驅動(dòng)器模塊與否，是要以事實(shí)為基礎的，以下問(wèn)題必須考慮：

1)設計

公司必須清楚地知道，自己是否確實(shí)有工程人員，知道如何開(kāi)發(fā)一個(gè)完整的分立式方案。而模塊化驅動(dòng)器是一個(gè)即插即用的產(chǎn)品，可以很容易地集成到照明系統中，從而縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間。此外，分立式解決方案的研發(fā)成本可能會(huì )大大高于預期，因為在將來(lái)有可能需要進(jìn)行重新設計。這樣就可以很容易地計算出，分立式方案的總體成本有可能會(huì )超過(guò)經(jīng)過(guò)認證的LED驅動(dòng)器模塊。

2)裝配/倉儲

關(guān)于裝配和倉儲，便于操作是非常必要的。采用模塊化的解決方案，制造商只需要從一個(gè)供應商處購買(mǎi)一個(gè)單一元器件。這樣就將物流成本最小化了，而且因為便于組裝，使生產(chǎn)也更有效率。制造商受益于穩定的產(chǎn)品質(zhì)量，也不需要考慮元件之間的公差。而因為缺少某一個(gè)物料(如電容，電感，電阻等)引起停產(chǎn)的風(fēng)險，也幾乎同時(shí)被消除了。

3)認證

對LED驅動(dòng)器的認證是非常耗時(shí)的一個(gè)過(guò)程并且認證費用高昂。為了獲得需要的認證，元件在試驗測試失敗后，必須要不斷重復進(jìn)行申請，而這種情況也是比較常見(jiàn)的。其結果就導致了，不僅僅增加了額外的重新設計費用，同時(shí)也耗費了大量的時(shí)間。而如果選擇模塊化LED驅動(dòng)器，認證和易想不到的困難都不會(huì )有問(wèn)題。

4)可靠性

可靠性，將會(huì )影響到品牌的整體形象同時(shí)也涉及與其密切相關(guān)的保修問(wèn)題。盡管公司有可能準確地確定MTBF,但它卻未必可以使用昂貴的系統，來(lái)進(jìn)行可靠性和使用壽命的測試。撇開(kāi)開(kāi)發(fā)過(guò)程和相關(guān)的時(shí)間/成本因素不談，制造商必須決定，他是想依靠?jì)炔吭O計，還是希望由一個(gè)有經(jīng)驗的供應商，為其提供已經(jīng)通過(guò)認證、讓他覺(jué)得更安全的產(chǎn)品。

如果公司仍然決定繼續推進(jìn)分立式方案，那么往往是基于以下幾點(diǎn)的考慮來(lái)進(jìn)行決策：

●具有開(kāi)發(fā)能力和時(shí)間

●要求的產(chǎn)品，數量很大，如改造

●產(chǎn)品的超長(cháng)使用壽命，如>20年

除此以外的所有其他情況下，進(jìn)行完整裝配，采用經(jīng)過(guò)測試和認證的LED驅動(dòng)器仍然是性?xún)r(jià)比最好的解決方案。

規格書(shū)中并不能找到你想要的所有參數

LED驅動(dòng)器的規格書(shū)描述，通常都包含一系列非常吸引客戶(hù)的功能特性。簡(jiǎn)單地瀏覽，會(huì )感覺(jué)廠(chǎng)家承諾了一個(gè)很好的驅動(dòng)器解決方案，可以快速生效又相當容易實(shí)施。然而，潛在的隱患藏在細節中，就如下面的例子所展現的：

1)效率溫度

大多數規格書(shū)都配有一系列的特性圖表(如圖1)以表明其驅動(dòng)器的高效率。如要準確地判斷IC的性能極限和溫度之間的特性，必須要更加深入的分析。例如，這個(gè)可以通過(guò)功耗降額圖(如圖2)來(lái)分析。在圖中的這條曲線(xiàn)，如果所包含的特性已經(jīng)被全部體現出來(lái)，一般是要在規格書(shū)非常后面的部分才能找到。功耗、最高工作溫度和IC實(shí)際功率之間的關(guān)系，可以由以下2個(gè)舉例做最好的詮釋?zhuān)?/p>

a)Vin(輸入電壓)=12V，3x1WLEDs的輸出：

根據效率特性(圖一中紅色曲線(xiàn))，這樣的配置達到了90%的效率。也就是說(shuō)功耗為300mW(計算：3x1Wx10%)。功耗降額曲線(xiàn)(圖2)表明，這樣配置的最高工作溫度是在80℃左右。到目前為止，驅動(dòng)器表現都很好。

圖1 效率與輸入電壓和負載關(guān)系曲線(xiàn)

b)Vin(輸入電壓)=24V,5 x 1W LEDs的輸出：

在這種情況下，驅動(dòng)器效率達到了92%(圖1中黃色曲線(xiàn))，功耗為400mW。但是，根據圖2所示，在這種狀態(tài)下的最高工作溫度只能是40℃?！　)Vin(輸入電壓)=30V,7 x 1W LEDs的輸出：

在這種狀況下，效率更高可以達到93%(圖1中藍色曲線(xiàn))，功耗會(huì )增至490mW。然而，根據降額曲線(xiàn)(圖2)來(lái)看，這個(gè)集成電路無(wú)法補償高于450mW的功率損耗。這意味著(zhù)將會(huì )導致電路過(guò)熱。也就是說(shuō)，上面描述的驅動(dòng)器是不可能滿(mǎn)足實(shí)際需求的，雖然從表面上看起來(lái)，它是符合IC的基本技術(shù)規格。

圖2 功耗降額曲線(xiàn)(結合圖1中的曲線(xiàn))

這些例子說(shuō)明，LED驅動(dòng)器的規格書(shū)，通常只會(huì )列舉出“最佳案例”情況下的參數。即使相關(guān)參數還處在規格范圍之內，但驅動(dòng)器卻很快就達到性能極限。公平地說(shuō)，LED驅動(dòng)器制造商們通常也會(huì )讓客戶(hù)意識到驅動(dòng)器潛在的限制，他們會(huì )在規格書(shū)頁(yè)面底部，用小字聲明“…典型應用電路驅動(dòng)X(jué)YLED，在下列條件下…..”。僅管如此，技術(shù)問(wèn)題卻還是同樣存在。

2)電磁兼容性

一般情況下，LED驅動(dòng)器的規格書(shū)中不會(huì )包含任何有關(guān)電磁兼容性的信息。這經(jīng)常會(huì )給EMC實(shí)驗帶來(lái)一些意想不到的狀況，當它變得越來(lái)越明顯時(shí)，電路會(huì )發(fā)出強烈的干擾信號。如果一定要達到B類(lèi)限制，這些電路必須要重新設計，并且要增加非常復雜的濾波器，同時(shí)也要花費大量寶貴的時(shí)間在EMC實(shí)驗室中。

RECOM很好地為設計者們解決了這個(gè)問(wèn)題，它向客戶(hù)提供整合了A類(lèi)或B類(lèi)濾波器的模塊化LED驅動(dòng)器。

3)調光

許多LED驅動(dòng)器僅僅只提供PWM信號調光。這也就意味著(zhù)，作為PWM信號所必須的輔助電路，只有一個(gè)外部電壓供應(例如控制電壓從1V到10V)或電位計是肯定不夠的。這反過(guò)來(lái)，會(huì )導致一個(gè)更復雜的電路布局，并增加元器件的數量。其結果是導致成本增加，并且系統可能變得不夠穩定。

在其他情況下，沒(méi)有真正可用的PWM輸入，其功能是通過(guò)一個(gè)CTRL引腳來(lái)實(shí)現的。這意味著(zhù)驅動(dòng)器必須始終完全接通和斷開(kāi)，因為它不可能只調節輸出信號。這還可能會(huì )引起額外的與線(xiàn)性連接有關(guān)的問(wèn)題。光的亮度從0到10%之間是最關(guān)鍵，因為在這個(gè)范圍內，人的眼睛特別容易感受到光線(xiàn)的變化，并且和傳統燈泡不同的是，這個(gè)范圍內的色溫幾乎是相同的。

規格書(shū)中的信息往往不能反映最真實(shí)的情況。雖然規格書(shū)為驅動(dòng)器的選擇提供了一個(gè)很好的依據，但他們有時(shí)會(huì )忽略了重要的信息，比如性能限制或EMC性能，因此需要謹慎閱讀。

可靠性使用壽命

驅動(dòng)器的可靠性與它的MTBF(平均故障間隔時(shí)間)直接相關(guān)。通過(guò)“浴缸曲線(xiàn)”(圖3)能最好地表示MTBF。它包括三個(gè)階段：早期故障期，有效壽命期和壽命結束期。MTBF僅包括中間范圍，而不包括早期故障期和壽命結束期。LED驅動(dòng)器規格書(shū)中所列的MTBF值通常約為60萬(wàn)小時(shí)。

圖3 浴缸曲線(xiàn)

MTBF的計算方法：λ驅動(dòng)器=Sλ元件。

也就是說(shuō)一個(gè)LED驅動(dòng)器的MTBF值，只有當它所有元器件的MTBF值是已知的時(shí)候，才能計算出來(lái)。這些參數值可以在各種數據庫中找到。而最有名的參考手冊可能就是軍用手冊217F版本((MILHDBK217F)，它正被大多數制造商使用。因此，這說(shuō)明成品的可靠性其實(shí)在設計階段就可以確定了。

然而，60萬(wàn)小時(shí)的MTBF值究竟是什么意思呢?這是否就是說(shuō)，相應地具有68年的使用壽命呢?這顯然是不對的。MTBF只是表示在一個(gè)特定時(shí)間內的故障概率，如：

●每年2%的故障率è MTBF=438,000 hours(8,760h/2%)

●5年以上5%的故障率è MTBF=876,000 hours(5x8,760h/5%)

　　此外，還需要考慮到溫度對M

TBF的影響。阿列紐斯方程就是一個(gè)簡(jiǎn)單的，但又能非常準確地反應速率對溫度依賴(lài)性的公式。應用到電子設備中，就可以清楚地顯示在較高溫度下故障率會(huì )增加。套用以下經(jīng)驗法則“溫度增加10℃，設備的預期壽命就會(huì )減少一半”。

左邊的舉例說(shuō)明了環(huán)境溫度對系統可靠性的明顯影響。

另一個(gè)影響LED驅動(dòng)器可靠性的因素就是選擇正確的元器件，特別是要選擇合適的電容器。LED驅動(dòng)器通常配備的是廉價(jià)的電解電容器而不是高品質(zhì)的陶瓷電容器(MLCC)。

為什么電解電容器會(huì )對電路的可靠性產(chǎn)生如此巨大的影響?這是因為電解電容器中的電解液是一種液體，它會(huì )隨著(zhù)時(shí)間而蒸發(fā)，從而導致電容器故障。而當電容器暴露于高溫下時(shí)，這種情況會(huì )更迅速地產(chǎn)生。因此電解電容器被公認為是決定和限制了LED驅動(dòng)器使用壽命的元器件。

正如我們所看到的，MTBF不能準確地表明一個(gè)產(chǎn)品的使用壽命，但卻是一個(gè)很好的可以說(shuō)明系統或元件可靠性的指標。對于分立式驅動(dòng)器，選擇MTBF值相互一致的元器件是至關(guān)重要的。最終，整個(gè)系統的可靠性將會(huì )由其最薄弱的環(huán)節決定。

區別于MTBF值，RECOM所指定的“設計壽命”是基于真實(shí)的測試基礎上的，也因此能顯示出驅動(dòng)器的使用壽命。不幸的是，規格書(shū)中很少會(huì )有如此有價(jià)值的信息。

圖4 RECOMRCD-48用的是陶瓷電容(左)和競爭者用電解電容的產(chǎn)品(右)對比

認證

研發(fā)一個(gè)定制的LED驅動(dòng)器，另一個(gè)重要方面就是認證。這是一個(gè)耗時(shí)且花費很高的過(guò)程，也常常因此而延緩了新產(chǎn)品的推出。

以下列表是從國際標準中選出的必須要符合的幾項：

●生態(tài)設計指令2009/125/EC

●WEEE指令2002/96/EC

CE標志的規定尤其嚴格。要申請CE認證，制造商要確保該產(chǎn)品符合所有相關(guān)的標準和法規。雖然只是需要完成一張表格就能申請，但制造商必須明白，如果一個(gè)產(chǎn)品印有CE標志，他就有義務(wù)承擔所有保修和賠償責任。

有關(guān)AC/DCLED驅動(dòng)器的一些特別注意事項

AD/DC LED驅動(dòng)器的設計不僅比DC/DCLED驅動(dòng)要復雜得多，而且對安全方面要求也更為嚴格。這是因為這些設備都是在SELV(安全特低電壓)范圍之外的。而這個(gè)問(wèn)題，不僅僅只是指成品，同時(shí)也針對在電網(wǎng)電壓應用下的設計和測試過(guò)程。因而需要采取特別措施來(lái)保護用戶(hù)。

此外，AC/DC LED驅動(dòng)器必須符合特定的能源效率和質(zhì)量法規和指令，如歐盟生態(tài)設計指令或能源之星規定。比如：功率為25W時(shí)，所提供的功率因數校正(PFC)必須大于0.9，這使得他們的設計會(huì )更為復雜。當然，這也就是說(shuō)，開(kāi)發(fā)和測試設備也必須符合更加嚴格的標準，包括功率分析儀，高精度電源和LED負載開(kāi)關(guān)。對于額外的功能，如雙向可控硅調光，制造商需要任意波形發(fā)生器，來(lái)準確地模擬各種上升沿和下降沿的調光器的信號。從方塊圖(圖5)可以看到AC/DC LED驅動(dòng)器測試中作為標準所需要的各個(gè)要素。

圖5 典型AC/DC驅動(dòng)器測試方框圖

總之，通過(guò)內部開(kāi)發(fā)AC/DC LED驅動(dòng)器，對于擁有必要專(zhuān)業(yè)知識的制造商來(lái)說(shuō)，只是一個(gè)選擇。而通常情況下，更加明智的做法是從一個(gè)現有的供應商處，購買(mǎi)已經(jīng)是完整的，經(jīng)過(guò)了測試和認證的產(chǎn)品。