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      LED驅動都有哪些好方法?

      LED技術推動了照明領域的一場革命。結合小型、低功耗、高可靠性和低成本,使得照明可以在不可能用白熾燈或熒光燈技術的地方實施。因此,LED照明在辦公室、家庭甚至在我們的車上激增。

      目前固態照明方案的主要缺點不是LED本身,而是提供照明能量的電源。這些開關電源(SMPS)的預期壽命比LED短得多,這主要是因為它們所含的磁性元件和電解電容器的使用壽命。此外,含有風扇等有源冷卻設備的開關電源尤其易受早期故障的影響。另一個缺點是SMPS通常體積龐大,是電磁干擾(EMI)的主要來源。考慮到它們的尺寸和通常有限的照明安裝空間,它們不太可能與LED安裝在相同的PCB上,因此需要互連和引線,這是另一個潛在的故障來源。

      然而,電力技術和拓撲的最新進展包括交流直接驅動(DACD)電源方案的出現。這種新的方法完全無需傳統的SMPS,在成本、體積、使用壽命和可靠性方面提供多種優勢-然而,并不是所有的DACD方案都是相同的。

      DACD拓撲

      所有DACD方案的共同之處是輸入整流橋,使用經典的4個二極管配置,將50/60 Hz輸入交流波形校正為100/120 Hz半正弦波。峰值幅值從110 V交流輸入的155 V左右變化到230 V交流輸入的325 V,但原理保持不變。

      用于LED驅動的DACD拓撲通常分為兩種配置,每一種都各有優缺點。

      驅動LED的好法子

      圖1:典型的DACD拓撲及其主要的特點

      這兩種方法都支持采用單板方案,而不是SMPS方案所需的雙板方案。分流型DACD采用單片集成電路,降低了物料單(BoM)成本。它還具有易于擴展的優點,但散熱性能相對較差。

      相比之下,旁路類型傾向于使用多個集成電路,因而導致更高的BOM成本。而這種方法更適合于需要許多LED串的應用。與分流法相比,雖然擴展性有限,但電氣性能更好,總諧波失真(THD)通常小于10%,而分流法為30%左右。

      雖然與傳統的開關電源法相比,這些DACD法是個顯著進步,但它們并不是驅動基于LED的現代應用的完全理想的方案。目前市場上有許多基于IC的DACD方案,但這些方案在穩壓、散熱性能、耐浪涌性能、調光能力和成本方面都可改進。

      驅動LED的好法子

      圖2:基本工作波形和電路圖

      圖2顯示了DACD方案的基本工作模式。當交流線路電壓通過半正弦時,IC內的開關指示電流(ILEDn)照亮每個LED。但這種線性開關法有一個主要的缺點,即高THD。

      最新的好方法

      最新的DACD方案之一是安森美半導體的NCL30170。基于分流拓撲,它提供了前述的這種方法的所有優點,包括:是單個IC方案,具有較低的BoM成本和易于擴展功率。但這種新方案的一個獨特特性是能夠驅動多個外部MOSFET開關,從而支持連接多個LED串;NCL30170是市場上首個能夠這樣做的產品。因此,功率可從10W擴展到200 W,連接的LED串的總數和外部開關僅受最高功率水平的限制。

      驅動LED的好法子

      圖3:NCL30170是單輸出、多串、分流DACD方案

      在大多數應用中,盡管電源電壓波動,但LED亮度保持不變是很重要的。通常,DACD驅動器能夠實現±10%的穩壓-安森美半導體的新器件達到±1%,這是非常顯著的提升,從而確保連接LED的持續光輸出。

      NCL30170用一種專有的方法來調節電流,而不是用于傳統DACD方案的線性方法。電壓觸發點保持不變,但以這樣一種方式調節電流使其不再是一個階梯形狀,從而產生平滑的正弦波電流(如圖4右圖所示),導致低于10%的極佳的THD水平。

      驅動LED的好法子

      Conventional Shunt Type:傳統的分流類型

      Stepped input current:階梯式的輸入電流

      Sine input current:正弦輸入電流

      圖4:專有的電流平滑/整形提供平滑的正弦波形

      除了極佳的THD,NCL30170還提供領先行業的功率因數校正(PFC)性能,超過0.98。

      有效調光的重要性

      在許多應用中,能進行LED調光很重要,可通過脈寬調制(PWM)技術(通常稱為切相)或模擬控制來實現。PWM提供寬范圍的調光能力,但也有明顯的缺點,包括閃爍,這已被證明會導致處于這種視線環境的人頭痛。高電平的PWM調光也會導致室內應用中尤其不受歡迎的可聞噪聲。

      雖然許多DACD方案可調低到10%,NCL30170能夠提供5%的模擬調光,從而滿足具有挑戰性的現代應用的需要。該器件在整個調光范圍內保持穩壓,從而確保即使在低功率下,從LED發出的光仍然保持不變。

      對于使用TRIAC的切相調光,NCL30170強大的PWM性能確保基于它的照明方案非常適合于改裝應用。

      總結

      LED照明在當今照明方案中占很大比例。由于現代應用的低功耗、低成本和小尺寸要求,這比例將增長;用更加靈活和通用的LED照明改裝舊的白熾燈裝置也將是未來增長的重要推動力。

      直到最近,SMPS一直被用于為LED裝置供電,但存在耐用性和使用壽命的問題,而且體積龐大,使在受限空間安裝LED方案變得復雜和受限。

      最近,DACD已成為一種為LED串供電的可行技術。這項技術解決了SMPS的許多缺點,特別是耐用性和使用壽命、大小和成本,且未來將大大促進更多的LED照明裝置。現在,如安森美半導體的NCL30170這樣的器件有助于交流直接技術提供應用所需的性能、靈活性和耐用性,用于許多終端市場領域。

      (作者:安森美半導體照明細分市場營銷經理James Lee)

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