Hvordan velge store og små strøm LED -belysningsløsninger
Enten det er applikasjoner med høy eller lav effekt for LED-belysning, består den vanligvis av strømforsyning, LED-driver, LED, linse og underlag. Nøkkelkomponenten er LED -driveren, som må gi en konstant strømutgang for lyset som sendes ut av LED -en. Det vil ikke flimre og dempe, og vil ikke forårsake LED -fargeskift. Det godtar vanligvis 24V-48V DC spenningsinngang, men det er også noen avanserte LED-drivere som direkte kan godta 220V AC-inngang.
De viktigste designutfordringene for anvendelse av LED-belysningsløsninger inkluderer følgende aspekter: varmeavledning, høy effektivitet, lave kostnader, dimming uten flimmer, dimming med bred rekkevidde, pålitelighet, sikkerhet og fargestøping. Disse utfordringene må løses gjennom omfattende anvendelse av passende kraftsystemtopologi, elektrisk topologi og mekanisk design.
Liang Houquan, direktør for teknologimarkedsføring for Diodes Asia Pacific, påpekte:" For designere vil den største tekniske utfordringen være høye effektivitetskrav, optisk design, termisk styring og forbedring av påliteligheten til visse applikasjoner, for eksempel høy- lysstyrke LED gatelys. Vi tilbyr nå En serie LED -belysningsløsninger som dekker applikasjoner fra 0,1W til 250W."
LED -lysrørsprogram" I anvendelsen av LED -belysningsprogramsystem, i tillegg til å velge passende LED -produkter, inkluderer et komplett LED -belysningsprogram også optisk design, termisk design, produktdesign og elektrisk stasjonsdesign. Siden lysdioder er lavspenningsenheter, vil konvertering av høyspent vekselstrømforsyning til lavspennings konstantstrømdrivere for lysdioder stå overfor mange utfordringer." Zheng Qian, senior applikasjonssjef for ON Semiconductor China, påpekte:" Videre må LED-elektriske drivere være fordelaktige, sikre og rimelige for fordelene med LED-belysning. Derfor, for forskjellige LED -belysningsprogrammer, må du først velge riktig drivende elektrisk topologi." ON Semiconductor kan nå tilby alle LED -belysningsløsninger i effektområdet fra 1W til 500W.
For raskt å fremme opptaket av markedet for LED-belysningsløsninger, rettet National Semiconductor Corporation (NSC) nylig mot et veldig stort direkte erstatningsmarked for glødelamper, det vil si direkte å erstatte glødelamper i eksisterende hjem eller andre applikasjonsmarkeder med LED -lamper, og lansert En direkte strøminngang LED -driverbrikke LM3445 for dette markedet er utviklet.
Imidlertid sa NSC Asia Pacific Power Management Product Marketing Manager Wu Zhimin:" Glødelamper har vært tilgjengelige i mange år. I mange år med uendrede tekniske standarder har hjemmebelysningssystemene fulgt mange års uendrede tekniske standarder. Situasjonen kan ikke endres over natt. For eksempel, på grunn av problemer som varmeavledning og lysvinkler, er de originale lysstikkene eller enhetene i gammel stil ikke egnet for installasjon av LED-pærer. I tillegg til tekniske problemer gjør kostnadseffektivitet imidlertid også LED-lys umulig Den største årsaken til populariteten. Wolframpærer og neonrør er omtrent 0,6-0,7 USD/Klm, men dagens pris på LED-lys er fortsatt så høy som 40-50 dollar/Klm."
Som nevnt ovenfor, siden LED -lampen må kunne installeres i den opprinnelige gamle kontakten, er varmespredning et stort problem som må overvinnes. Men strengt tatt kan dette løses med maskinteknikk. LED -systemprodusentenes ansvar er å jobbe hardt for å utvikle ny teknologi for å maksimere lysstyrken til LED -er (det vil si mengden produsert lumen per kraftenhet). Wu Zhimin sa selvsikkert:" Vi kan tilby den mest effektive LED -driveren for å sikre at varmespredningen til hele belysningssystemet kan minimeres."
De relativt høye kostnadene for lysdioder er hovedhindringen som fortsatt er vanskelig for markedet for LED -belysning å ta av i stor skala. For eksempel sa Alexander Sommer, produktmarkedsføringsdirektør for Power Management Business Unit i Infineon Technologies Co., Ltd.: «De fleste typiske LED -belysningsprogrammer mindre enn 25W er skiltlamper, skiltlamper og alternative standard glødelamper og halogenlamper. Sammenlignet med teknologien til lysrør og glødelamper, er den opprinnelige kostnaden for LED fortsatt et stort hinder for å komme inn på massemarkedet."
Cytechs produkt- og designingeniør Xu Ruibao er også enig i at den viktigste kommersialiseringsutfordringen er kostnadene. Han sa:" For øyeblikket er LED -belysningssystemer med forskjellige krefter elektrisk oppnåelige. Den tekniske utfordringen kommer fra kravene til terminalapplikasjoner, for eksempel applikasjoner i biler, som må ta hensyn til optisk design og generell varmespredning. Kommersiell distribusjon Utfordringen kommer hovedsakelig fra kostnaden for lysdioder."
Varmeavledning i LED -belysning
LED -belysningssystemer under 25W er generelt designet for applikasjoner som lesebordslamper, korridorlamper, spotter i stuen, spisebelysning hjemme, nattlys, etc. Kunder håper generelt at slike applikasjoner er utformet så lite som mulig, så PCB kan plasseres Designplassen er relativt liten, så temperaturen i emballasjeplassen kan være veldig høy når den brukes over lang tid. Siden designeren neppe vil installere en kjølevifte i den, blir dens kjøledesign veldig kritisk og viktig.
& quot; De fleste LED-belysningsprogrammer med lav effekt mindre enn 25W krever en viss grad av miniatyrisering. Dette fører ofte til høyere effekttetthet, selv om strømforbruket ikke er stort. Tilstrekkelige håndteringsforanstaltninger for varmeavledning må gis av forbedrede mekaniske konstruksjoner. I tillegg bidrar høy elektrisk effektivitet til å redusere strømforbruket. ” AlexanderSommer påpekte, "Hvis du trenger å redusere termisk motstand ytterligere, kan dette gjøres gjennom elektrisk isolasjon, fordi det kan oppnå den høyeste effektiviteten av varmeoverføring. Disse metodene gir også mulighet for optimal lumenutgang."
En annen måte å forhindre at LED -en overopphetes i lang tid, er å bruke en dimmeløsning. Fairchild Semiconductors markedsføringssjef for høyspent IC-produkter SangCheolHer sa: “Sammenlignet med lysrør og glødelamper er bruk av dimmeløsninger en viktig måte å redusere LED-strømforbruket på. Denne løsningen realiseres ved å dimme kontroller. Spesielt for mindre enn 25W På grunn av den lille PCB -størrelsen og begrenset emballasjeplass, er varmespredningsproblemet uunngåelig for LED -driverløsningen til selskapet, så denne løsningen er enda viktigere."
Faktisk vil LED -belysning i dette effektområdet erstatte halogenlamper og kompakte lysrør (CFL). I tillegg, for å bli kvitt varmespredningsproblemet, må avansert teknologi fjerne passive komponenter som elektrolytiske kondensatorer som er følsomme for temperaturendringer. Imidlertid er de fleste av de nåværende LED -driverløsningene avledet fra strømforsyningens topologi og basert på dette, så temperaturområdet bør vurderes, fordi generelle produkter vanligvis er basert på kommersielle standarder, men de må kunne tilpasse seg tøffe bransjer som som bransjer.
Arkitekturvalg av LED -belysningsoppsett
Valget av LED -belysningsløsningssystemarkitektur avhenger av om designmålet ditt er lave kostnader, høy effektivitet eller minimum PCB -område. Generelt krever LED -belysningssystemer mindre enn 25W ikke strømkorrigering, så en enklere topologi som PSR eller Buck topologi kan brukes. 25W-100W LED-belysningsprogrammer krever strømkorrigering, så ett-trinns PFC, kvasi-resonant (QR) PWM eller flyback-topologi brukes vanligvis. LED-belysningsprogrammer over 100W bruker vanligvis den mer effektive LLC-topologien og to-trinns PFC.
& quot; Under 25W strøm LED -belysningsløsninger kan bruke PSR eller Buck topologi, fordi dette effektområdet hovedsakelig er for små design, og understreker enkelheten i designet. Medium power-løsningen (25W-100W) er egnet for en-trinns PFC, kvasi-resonant (QR) PWM, flyback-topologi." SangCheolHer sa," Høyeffektløsninger (større enn 100W) er egnet for LLC, QRPWM, flyback topologi design. Fra et effektivitetssynspunkt er ytelsen til LLC og QR bedre; og PSR -ordningen krever ikke sekundær tilbakemelding, er enkel i utformingen og har en mindre størrelse enn andre ordninger."
Zheng Qian sa også: "LED-lamper mindre enn 25W brukes hovedsakelig i innendørs belysning, og de bruker hovedsakelig rimelig flyback-topologi. ON Semiconductors NCP1015 og NCP1027 monolitiske konvertering integrerte kretser integrerer innebygde høyspennings MOSFETer og PWM-kontrollere. Det kan effektivt redusere PCB -området og lampens volum, og gi en maksimal effekt på 25W (230VAC inngang)."
& quot; For ikke-isolerte LED-belysningsprogrammer med mindre enn 25W, hvis konverteringsforholdet mellom inngang og utgang er lavt, kan en enkel nedtrappingsomformer være et rimelig og lite volumvalg. I den isolerte topologien der effektivitet er viktig, bruk en The quasi-resonant flyback topology of Ling CoolSETICE2QS series devices is a good choice." Sa AlexanderSommer. Infineon er den første leverandøren som tilbyr digitale kvasi-resonante flyback-kontroll-ICer.
Typiske LED-belysningsprogrammer i effektområdet 25W-100W er gatebelysning (samfunnsveier) og offentlige steder som parkeringsplasser. Strømkonverteringseffektivitet, kostnadseffektiv realisering av PFC-funksjon og høy fargekvalitet er nå de tre viktigste tekniske utfordringene. For eksempel, i kommersiell belysning og gatebelysning, hjelper lengre levetid og de resulterende lavere kostnadene med å overvinne hindringer for oppføring av høyere startkostnader. LED -belysningsprogrammer fra 25W til 100W har effektfaktorkrav, så effektfaktorkorreksjonseffekten må økes.
& quot; Denne typen elektrisitet kan adoptere den tradisjonelle totrinnsstrukturen, det vil si den aktive diskontinuerlige modusen effektfaktorkorreksjon (PFC) elektrisitet pluss DC-DCPWM-konverteringselektrisiteten, for eksempel ON Semiconductor' s effektfaktorkorreksjonskontroller NCP1607, er den perifere elektrisiteten til NCP1607 veldig enkel og kan gi god ytelse." Zheng Qian sa," For høyeffektive, rimelige og små volum LED-løsninger er det verdt å anbefale en ett-trinns PFC-krets, som samtidig kan oppnå effektfaktor og isolert lavspennings DC-utgang, og har en betydelig kostnadsfordel, vil definitivt bli den vanlige løsningen for middels kraftig LED-belysning. ON Semiconductors NCP1652 gir en optimal kontrolløsning for realisering av ett-trinns PFC-strøm."
Shenzhen Shiqiang Telecom bruker SiliconLabs' C8051F3 serie 8-biters MCU for å implementere PFC i programvare. Selskapets assisterende markedssjef Huang Sunfeng sa: “Vi har utviklet en fullt digital LED-belysningsløsning for husholdningsnett (180V-260V) inngang 10W-30W laveffekt LED-belysningsprogrammer, som kan styres av programvare for å oppnå en PFC-verdi på opp til 0,95. Med maskinvare Sammenlignet med PFC har denne programvareløsningen høyere fleksibilitet, tilpasningsevne og oppgraderbarhet under forutsetningen for den samme ytelsesindeksen." LED -driveren MIC3230 som brukes i denne løsningen har en maksimal utgangsstrøm på 350mA og kan drive opptil 12 A 1W LED kan godt dekke behovene til innendørs belysning.
Alexander Sommer sa:" For 25W-100W LED-belysningsprogrammer som krever effektivitet og ytelse over et bredt inngangs- og/eller belastningsområde (for eksempel dimming), brukes en kvasi-resonans flyback-topologi med et PFC-trinn. Vanligvis kan effektivitet på opptil 90% oppnås."
Applikasjoner over 100W inkluderer hovedvei og høyhastighets offentlig belysning (der det kreves opptil 20K lumen eller mer lysstyrke og 250W effektinngang) og profesjonelle applikasjoner, for eksempel scenebelysning og arkitektonisk flombelysning. En viktig drivkraft for bruk av lysdioder i applikasjoner med høy effekt er de lave eierkostnadene på grunn av pålitelighet og lavt strømforbruk. Systemets effektivitet er for eksempel sammenlignbar med metallhalogenid og lavtrykksnatriumlamper. Den første kostnadssammenligningen kan fortsatt være barrieren for å komme inn på dette markedet på kort sikt.
Zheng Qian påpekte:" For LED-applikasjoner større enn 100W, vil vi bruke den tradisjonelle aktive diskontinuerlige effektfaktorkorreksjonskretsen og halvbroresonant DC-DC-konverteringskrets. Vi har lansert en ny type integrert kontroller, som integrerer Active discontinuous mode power factor controller og half-bridge resonant controller med høyspenningsdrift."
Halvbroresonantkontrolleren fungerer med en fast koblingsfrekvens og en fast driftssyklus, og kretsen krever ikke tilbakemeldingskontroll på utgangssiden. Dette får halvbronresonant DC-DC-omformer til å fungere i de mest effektive ZVS- og ZCS-tilstandene. DC -utgangsspenningen vil følge utgangen til effektfaktorkorreksjonskretsen.
Alexander Sommer understreket: "For applikasjoner med høyere effekt LED -belysning over 100W blir effektiviteten viktigere. Ved å bruke LLC resonant topologi kan den oppnå effektivitet på mer enn 90%. Vi bruker Infineons nye 8-pinners enhet ICE1HS01."
Uavhengig av utgangseffekten til LED -belysningssystemet, vil valget av LED -drivereffekt i stor grad avhenge av inngangsspenningsområdet, det kumulative spenningsfallet til selve LED -strengen og strømmen som kreves for å drive LED -en. Dette har ført til mange forskjellige mulige LED-driver-topologier, for eksempel buck, boost, buck-boost og SEPIC.
Tony Armstrong, produktmarkedsføringsdirektør i Lineær teknologis divisjon Power Products, påpekte: “Hver topologi har sine fordeler og ulemper. Blant dem er standard nedtrappingsomformer den enkleste og enkleste løsningen. -Boost -omformere er andre, og SEPIC -omformere er de vanskeligste å implementere. Dette er fordi den bruker komplekse magnetiske designprinsipper og krever at designere har ypperlig designkunnskap om switch-mode strømforsyning."
Kort sagt, anvendelsen av terminalproduktet bestemmer den topologiske strukturen til LED-en, og velg deretter rimelig Buck, Boost, SEPIC eller Buck-Boost-strukturen i henhold til LED-topologiens struktur og inngangsspenning." Generelt brukes mer enn 25W dollar. De kraftigere har en tendens til å velge Boost -strukturen. Når det gjelder effektivitet, kan begge generelt oppnå mer enn 85%, og LT3755 kan oppnå opptil 97% effektivitet. Vurder kjøredelen. Den totale systemkostnaden bør vurderes når styklisten koster. ” Xu Ruibao sa: "Etter hvert som konkurransen skjerpes, vil det alltid være billigere styklisteløsninger, men de er kanskje ikke de mest passende. Vi designer ikke produkter i henhold til denne standarden. PCB -området styres hovedsakelig av hovedkomponentene. LED-lysene med lav effekt bør så langt som mulig vedta en svært integrert løsning. Høyeffektløsningen bør velge produkter med høy teknisk integrasjon og enkel ekstern strøm. Diskusjonen her refererer til DC-DC løsning."
Liang Houquan påpekte også:" For å oppnå høye effektivitetskrav, bør switch -mode LED -drivere vurderes. De fleste av disse kundene foretrekker å velge trinnvise LED-drivere fordi den totale effektiviteten er høyere. Hvis du vurderer den laveste styklisten, er bryteren LED -omformere ikke den billigste. Slike kunder kan prøve å bruke lineære LED -drivere med konstant strøm. Dette kan gi den laveste styklistekostnaden, men effektiviteten er kanskje ikke så høy som LED -driverne for brytermodus. For eksempel fra det minste kretskortområdet. Sett fra perspektivet er switch-mode-omformere vanligvis valgt fordi de genererer mindre varme og til og med de relaterte komponentene vil være mindre."
Analoge, PWM og TRIAC dimmeløsninger
LED -dimmeløsninger og spesifikasjoner har vært i stadig endring, og har ikke blitt fikset før nå, så nå er det PWM, analog og tyristor (TRA
