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高效可調光LED照明解決方案的快速開發策略

上網時間: 2009年02月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:LED  照明  調光 

照明系統設計師幾乎要對各種光源(除鎢絲燈外)的燈具進行調光,一直以來,調光是都是極具挑戰性的工作。在許多應用中,調光都十分重要,因為調光技術可使客戶根據實際需要設置所需的亮度,而且還能大幅節省電費。目前最常見的調光控制器是舍相(phase-cut)調光器,無論所提及的設備中實際是否包含三端雙向可控矽(TRIAC)元件,這類調光器通常都是指TRIAC調光器。將舍相調光器與小型螢光燈以及目前的LED燈相連是一個高難度的設計挑戰。目前市面上的相關解決方案都不是很理想:一些方案的調光範圍非常有限;有些方案甚至出現閃爍。針對上述挑戰,美國國家半導體、科銳(Cree)和Arrow電子聯合發佈了全新的解決方案,該方案可以使用傳統的舍相調光器更有效地實現可調光固態照明。

LED驅動電路

該解決方案透過使用美國國家半導體PowerWise LM3445 LED驅動器將90~135VRMS交流主電源輸入(入牆式電源插座)轉換為350mA直流恆定電流源,因而驅動高功率Cree白光LED。在住宅、商用和產業建築中,交流主電源通常經由標準入牆式調光器進行舍相或斬波,以削減LED的燈光輸出。如圖1所示的電路設計可確保用戶不會無意中接觸電路中的高電壓。


在圖1中,該電路未經隔離處理,這意味著從輸入(交流主電源)至輸出(LED燈具)是一條直流路徑。隔離的解決方案也就是電流隔離通常需要使用變壓器。兩類方案各有利弊。隔離的解決方案通常擁有較大的體積和較小效率,因為需要使用變壓器,並且可能使用輸出反饋的光電耦合器。不過,透過在交流主電源和用戶之間提供內建保護可以更容易地透過諸如UL60950這樣的安全法規。相反,無隔離的解決方案體積較小,因此更適合燈泡翻新應用所需的小尺寸,但需要利用燈泡材料和結構的機械隔離以通過安全法規。與其它方案相較,美國國家半導體LM3445 LED驅動器適用於多種外形、尺寸和功率等級的應用,同時支援隔離和無隔離解決方案。

功率因子校正

當經由入牆式交流主電源供電時,可能在輸入電流和電壓,甚至輸入電壓波形的尖峰和低谷之間產生相移。有功功率和視在功率的比稱為功率因子,以0和1之間的數字表示。商業固態照明應用的能源之星規格要求功率因子達到0.9以上。當輸入電壓的諧波成分很低或為0時,功率因子運算如下:


第一項考慮電流中不連續(尖峰和低谷)引起的諧波成分,第二項餘弦項考慮電壓和電流之間的相移。

這種應用中,採用了許多不同的技術來提高含有高諧波成分或相移電路中的功率因子。這個過程被稱為功率因子校正(PFC)。PFC技術分為主動式和被動式。本文所介紹的解決方案使用被動式PFC 技術無隔離設計,稱為‘填谷(Valley-Fill)’電路。該‘填谷’電路工作原理如圖 2 所示。


輸入電壓大於先前峰值電壓除以‘填谷’級數(電容數量)時,負載直接從線路傳輸。另外,作為二極體配置的結果,電容以串聯方式充電,因而以串聯的電容數目均分電壓。當輸入電壓低於其峰值除以級數時,電容被迫在該放電階段以並聯方式為負載供電。該‘保持’電壓是初始輸入峰值電壓除以‘填谷’級數。在此展示平台上實現的電路使用雙級‘填谷’電路,該電路非常重要。首先,它提供PFC,因為迴路中負載的功率來自輸入。其次,電容在平行放電中提供能量儲存,所以 LED 電流中無120Hz紋波。最後,因為它迫使大部份電流從輸入線路中吸取,調光器開關僅接受所需電流)用於無閃爍作業。


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