Sådan vælges store og små strøm LED -belysningsløsninger
Uanset om det er applikationer med høj effekt eller lav effekt til LED-belysning, består den generelt af strømforsyning, LED-driver, LED, linse og substrat. Nøglekomponenten er LED -driveren, som skal levere en konstant strømudgang for lyset fra LED'en. Det vil ikke flimre og dæmpe og forårsage ikke LED -farveforskydning. Det accepterer generelt 24V-48V DC spændingsindgang, men der er også nogle avancerede LED-drivere, der direkte kan acceptere 220V AC input.
De største designudfordringer for anvendelsen af LED-belysningsløsninger inkluderer følgende aspekter: varmeafledning, høj effektivitet, lave omkostninger, dæmpning uden flimmer, dæmpning i bred vifte, pålidelighed, sikkerhed og farvestøbning. Disse udfordringer skal løses gennem den omfattende anvendelse af passende elsystemtopologi, elektrisk elektrisk topologi og mekanisk design.
Liang Houquan, direktør for teknologimarkedsføring for Diodes Asia Pacific, påpegede:" For designere vil den største tekniske udfordring være høje effektivitetskrav, optisk design, termostyring og forbedring af pålideligheden af visse applikationer, såsom høj- lysstyrke LED gadebelysning. Vi leverer nu En række LED -belysningsløsninger dækker applikationer fra 0,1W til 250W."
LED -lysstofrørsprogram" I anvendelsen af LED -belysningsprogramsystem omfatter et komplet LED -belysningsprogramdesign ud over at vælge egnede LED -produkter også optisk design, termisk design, produktdesign og elektrisk drevdesign. Da lysdioder er lavspændingsenheder, vil konvertering af højspændings vekselstrømforsyning til lavspændings konstantstrømdrivere til lysdioder stå over for mange udfordringer." Zheng Qian, senior applikationschef for ON Semiconductor China, påpegede:" Desuden skal LED elektriske drivere være fordelagtige og høje, effektive, sikre og billige for fordelene ved LED-belysning. Derfor skal du for forskellige LED -belysningsprogrammer først vælge den korrekte drivende elektriske topologi." ON Semiconductor kan nu levere alle LED -belysningsløsninger i effektområdet fra 1W til 500W.
For hurtigt at fremme starten på markedet for LED-belysningsløsninger sigtede National Semiconductor Corporation (NSC) for nylig på et meget stort direkte udskiftningsmarked for glødelamper, det vil sige direkte udskiftning af glødelamper i eksisterende hjem eller andre applikationsmarkeder med LED lamper, og lanceret En direkte lysnettet LED driver driver LM3445 til dette marked er blevet udviklet.
Imidlertid sagde NSC Asia Pacific Power Management Product Marketing Manager Wu Zhimin:" Glødelamper har været tilgængelige i mange år. I mange års uændrede tekniske standarder har vores hjemmebelysningssystemer fulgt mange års uændrede tekniske standarder. Situationen kan ikke ændres fra den ene dag til den anden. På grund af problemer som varmeafledning og belysningsvinkler er de originale lysstik eller enheder i original stil ikke egnet til installation af LED-pærer. Ud over tekniske problemer gør omkostningseffektivitet imidlertid også umulige LED-lys Den største årsag til populariteten. Wolfram glødelamper og neonrør er omkring US $ 0,6-0,7/Klm, men den nuværende pris på LED-lys er stadig så høj som US $ 40-50/Klm."
Som nævnt ovenfor, da LED -lampen skal kunne installeres i den originale gamle stikkontakt, er varmeafledning et stort problem, der skal overvindes. Men strengt taget kan dette løses ved maskinteknisk teknologi. LED -systemproducenternes ansvar er at arbejde hårdt på at udvikle nye teknologier for at maksimere lysdiodernes lysstyrke (det vil sige mængden af lumen produceret pr. Strømenhed). Wu Zhimin sagde selvsikkert:" Vi kan levere den mest effektive LED -driver til at sikre, at varmeafledning af hele belysningssystemet kan minimeres."
De relativt høje omkostninger ved lysdioder er den største hindring, der stadig er svært for markedet for LED -belysning at tage af i stor skala. Alexander Sommer, produktmarkedsdirektør for Power Management Business Unit i Infineon Technologies Co., Ltd., sagde f.eks. Sammenlignet med teknologien til lysstofrør og glødelamper er de oprindelige omkostninger ved LED stadig en stor hindring for at komme ind på massemarkedet."
Cytech produkt- og designingeniør Xu Ruibao er også enig i, at den største kommercialiseringsudfordring er omkostninger. Han sagde:" I øjeblikket er LED -belysningssystemer med forskellige kræfter elektrisk opnåelige. Den tekniske udfordring kommer fra kravene til terminalapplikationer, f.eks. Applikationer i biler, som skal tage hensyn til optisk design og overordnet varmeafledningsdesign. Kommerciel implementering Udfordringen kommer hovedsageligt fra omkostningerne ved lysdioder."
Overvejelser ved varmeafledning i design af LED -belysning
LED -belysningssystemer under 25W er generelt designet til applikationer som f.eks. Skrivebordslamper, korridorlamper, stue spotlights, spisebelysning til hjemmet, nattelys osv. Kunder håber generelt, at sådanne applikationer er designet så lille som muligt, så printkortet kan placeres Designrummet er relativt lille, så temperaturen i emballagerummet kan være meget høj, når det bruges i lang tid. Da designeren usandsynligt vil installere en køleventilator i den, bliver dens køledesign meget kritisk og vigtig.
& quot; De fleste applikationer med lav effekt til LED-belysning på mindre end 25W kræver en vis grad af miniaturisering. Dette fører ofte til højere effekttæthed, selvom strømforbruget ikke er stort. Tilstrækkelige varmeafledningshåndteringsforanstaltninger skal tilvejebringes af forbedrede mekaniske strukturer. Derudover hjælper høj elektrisk effektivitet med at reducere strømforbruget. ” AlexanderSommer påpegede, “Hvis du har brug for at reducere den termiske modstand yderligere, kan dette gøres gennem elektrisk isolering, fordi det kan opnå den højeste effektivitet ved varmeoverførsel. Disse metoder giver også mulighed for optimeret lumenudbytte."
En anden måde at forhindre lysdioden i at blive overophedet i lang tid er at bruge en dæmpningsløsning. Fairchild Semiconductors højspændings IC produktmarkedsføringschef SangCheolHer sagde: ”Sammenlignet med lysstofrør og glødelamper er brugen af dæmpningsløsninger en vigtig måde at reducere LED-strømforbruget på. Denne løsning realiseres ved dæmpning af controllere. Især for mindre end 25W På grund af den lille PCB -størrelse og begrænsede emballageplads er varmeafledningsproblemet uundgåeligt for virksomhedens LED -driverløsning, så denne løsning er endnu vigtigere."
Faktisk vil LED -belysning i dette effektområde erstatte halogenlamper og kompakte lysstofrør (CFL). For at slippe af med problemet med varmeafledning skal avanceret teknologi desuden fjerne passive komponenter, såsom elektrolytkondensatorer, der er følsomme over for temperaturændringer. De fleste af de nuværende LED -driverløsninger er dog afledt af strømforsyningens topologi og baseret på dette, så temperaturområdet bør overvejes, fordi generelle produkter normalt er baseret på kommercielle standarder, men de skal kunne tilpasse sig hårde industrier som f.eks. som industrier.
Arkitekturvalg af LED -belysningsskema design
Valget af LED -belysningsløsningssystemarkitektur afhænger af, om dit designmål er lave omkostninger, høj effektivitet eller minimum PCB -område. Generelt kræver LED -belysningssystemer under 25W ikke strømkorrektion, så en enklere topologi som PSR eller Buck -topologi kan vedtages. 25W-100W LED-belysningsprogrammer kræver strømkorrektion, så enkeltfaset PFC, kvasiresonant (QR) PWM eller flyback-topologi bruges generelt. LED-belysningsprogrammer over 100W bruger generelt den mere effektive LLC-topologi og PFC i to trin.
& quot; Under 25W power LED -belysningsløsninger kan bruge PSR- eller Buck -topologi, fordi dette effektområde hovedsageligt er til små designs, der understreger designens enkelhed. Mediumstrømsløsningen (25W-100W) er velegnet til et-trins PFC, kvasiresonant (QR) PWM, flyback-topologi." SangCheolHer sagde," Højeffektløsninger (større end 100W) er velegnede til LLC, QRPWM, flyback topologi design. Ud fra et effektivitetssynspunkt er LLC og QR -ydelsen bedre; og PSR -ordningen kræver ikke sekundær feedback, er enkel i designet og har en mindre størrelse end andre ordninger."
Zheng Qian sagde også: ”LED-lamper mindre end 25W bruges hovedsageligt i indendørs belysning, og de anvender hovedsageligt billige flyback-topologi. ON Semiconductors NCP1015 og NCP1027 monolitiske konvertering integrerede kredsløb integrerer indbyggede højspændings MOSFET'er og PWM-controllere. Det kan effektivt reducere PCB -området og lampens volumen og give en maksimal effekt på 25W (230VAC input)."
& quot; Til ikke-isolerede LED-belysningsprogrammer med mindre end 25W, hvis konverteringsforholdet input til output er lavt, kan en simpel trin-ned-konverter være et billigt og lille volumen valg. I den isolerede topologi, hvor effektiviteten er vigtig, skal du bruge en The quasi-resonant flyback topology of Ling CoolSETICE2QS series devices is a good choice." Sagde AlexanderSommer. Infineon er den første leverandør til at levere digitale kvasi-resonante flyback-kontrol-IC'er.
Typiske LED-belysningsprogrammer i effektområdet 25W-100W er gadebelysning (fællesveje) og offentlige steder som parkeringspladser. Strømkonverteringseffektivitet, omkostningseffektiv realisering af PFC-funktion og høj farvekvalitet er nu de tre vigtigste tekniske udfordringer. For eksempel i kommerciel belysning og gadelysapplikationer hjælper længere levetid og de deraf følgende lavere omkostninger med at overvinde hindringer for adgang til højere startomkostninger. LED -belysningsprogrammer fra 25W til 100W har krav til effektfaktor, så effektfaktorkorrektionseffekten skal øges.
& quot; Denne form for elektricitet kan vedtage den traditionelle totrinsstruktur, det vil sige den aktive diskontinuerlige tilstand effektfaktorkorrektion (PFC) elektricitet plus DC-DCPWM-konverteringselektricitet, såsom ON Semiconductor' s effektfaktorkorrektionskontroller NCP1607, er den perifere elektricitet i NCP1607 meget enkel og kan levere god ydeevne." Zheng Qian sagde," For højeffektive, billige og små volumen LED-løsninger er det værd at anbefale et et-trins PFC-kredsløb, som samtidigt kan opnå effektfaktor og isoleret lavspændings DC-output, og har en betydelig omkostningsfordel, vil helt sikkert blive den almindelige løsning til mellemstor LED-belysning. ON Semiconductors NCP1652 giver en optimal styringsløsning til realisering af et-trins PFC-strøm."
Shenzhen Shiqiang Telecom bruger SiliconLabs' C8051F3 serie 8-bit MCU til implementering af PFC i software. Virksomhedens assisterende marketingchef Huang Sunfeng sagde: “Vi har udviklet en fuldt digital LED-belysningsløsning til husholdningsnettet (180V-260V) input 10W-30W low-power LED-belysningsprogrammer, som kan styres af software for at opnå en PFC-værdi på op til 0,95. Med hardware Sammenlignet med PFC har denne softwareløsning større fleksibilitet, tilpasningsevne og opgraderbarhed under forudsætningen af det samme præstationsindeks." LED -driveren MIC3230, der bruges i denne løsning, har en maksimal udgangsstrøm på 350mA og kan køre op til 12 A 1W LED kan godt opfylde behovene ved indendørs belysning.
Alexander Sommer sagde:" Til 25W-100W LED-belysningsprogrammer, der kræver effektivitet og ydeevne over et bredt input- og/eller belastningsområde (f.eks. Dæmpning), bruges en kvasi-resonant flyback-topologi med et PFC-trin. Typisk kan der opnås effektiviteter på op til 90%."
Applikationer over 100W omfatter hovedveje og højhastigheds offentlig belysning (hvor der kræves op til 20K lumen eller mere lysstyrke og 250W effektindgang) og professionelle applikationer, såsom scenebelysning og arkitektonisk projektørbelysning. En vigtig drivkraft for brugen af lysdioder i applikationer med høj effekt er de lave ejeromkostninger på grund af pålidelighed og lavt strømforbrug. For eksempel er systemets effektivitet sammenlignelig med metalhalogenid og lavtryksnatriumlamper. Den indledende omkostningssammenligning kan fortsat være hindringen for adgang til dette marked på kort sigt.
Zheng Qian påpegede:" Til LED-applikationer større end 100W vil vi bruge det traditionelle aktive diskontinuerlige effektfaktorkorrektionskredsløb og halvbroresonant DC-DC-konverteringskredsløb. Vi har lanceret en ny type integreret controller, som integrerer Active discontinuous mode power factor controller og half-bridge resonant controller med højspændingsdrev."
Halvbroens resonantcontroller arbejder med en fast koblingsfrekvens og en fast driftscyklus, og kredsløbet kræver ikke feedback-kontrol på udgangssiden. Dette får halvbroens resonante DC-DC-omformer til at fungere i de mest effektive ZVS- og ZCS-tilstande. DC -udgangsspændingen følger udgangen af effektfaktorkorrektionskredsløbet.
Alexander Sommer understregede: “For applikationer med større effekt LED -belysning over 100W bliver effektiviteten vigtigere. Ved hjælp af LLC resonant topologi kan den opnå effektivitet på mere end 90%. Vi bruger Infineons nye 8-bens enhed ICE1HS01."
Uanset LED -belysningsløsningssystemets udgangseffekt vil valget af LED -drivereffekt i høj grad afhænge af indgangsspændingsområdet, det kumulative spændingsfald af selve LED -strengen og den strøm, der kræves for at drive LED'en. Dette har ført til mange forskellige mulige LED-driver-topologier, såsom buck, boost, buck-boost og SEPIC.
Tony Armstrong, Product Marketing Director for Linear Technology's Power Products Division, påpegede: ”Hver topologi har sine fordele og ulemper. Blandt dem er standard step-down converter den enkleste og letteste løsning. -Boost -konvertere er nummer to, og SEPIC -konvertere er de sværeste at implementere. Dette skyldes, at det anvender komplekse magnetiske designprincipper og kræver, at designere har fremragende ekspertise inden for switch-mode strømforsyning."
Kort sagt, anvendelsen af terminalproduktet bestemmer LED'ens topologiske struktur og vælg derefter rimeligt Buck, Boost, SEPIC eller Buck-Boost-strukturen i henhold til LED'ens topologiske struktur og input-strømforsyningen." Generelt bruges mere end 25W Bucks. De mere kraftfulde har en tendens til at vælge Boost -strukturen. Med hensyn til effektivitet kan begge generelt opnå mere end 85%, og LT3755 kan opnå op til 97% effektivitet. Overvej den drivende del. De samlede systemomkostninger bør overvejes, når styklisten koster. ” Xu Ruibao sagde: ”Efterhånden som konkurrencen intensiveres, vil der altid være løsninger med lavere styklisteomkostninger, men de er muligvis ikke de mest egnede. Vi designer ikke produkter i henhold til denne standard. PCB -området styres hovedsageligt af hovedkomponenterne. LED-lysene med lav effekt bør så vidt muligt anvende en meget integreret løsning. Højeffektløsningen bør vælge produkter med høj teknisk integration og enkel ekstern strøm. Diskussionen her refererer til DC-DC løsning."
Liang Houquan påpegede også:" For at opnå høje effektivitetskrav, bør switch mode LED -drivere overvejes. De fleste af disse kunder foretrækker at vælge trin-ned LED-drivere, fordi den samlede effektivitet er højere. Hvis du overvejer den laveste styklisteomkostning, er switch -LED -omformerne ikke de billigste. Sådanne kunder kan prøve at bruge lineære konstantstrøm LED -drivere. Dette kan give den laveste styklisteomkostning, men effektiviteten er muligvis ikke så høj som switch -mode LED -drivere. For eksempel fra det mindste printkortområde. Set fra perspektivet vælges switch-mode-konvertere normalt, fordi de genererer mindre varme, og selv de relaterede komponenter vil være mindre."
Analoge, PWM og TRIAC dæmpningsløsninger
LED -dæmpningsløsninger og specifikationer har konstant ændret sig og er ikke blevet rettet før nu, så nu er der PWM, analog og tyristor (TRA
