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大小功率LED照明方案選擇指要LED照明設(shè)計的散熱考慮25W以下的LED照明系統(tǒng)一般設(shè)計用于像閱讀臺燈、走廊燈、客廳射燈、家用餐燈、小夜燈等應(yīng)用，客戶一般希望這類應(yīng)用設(shè)計得越小巧越好，因此其PCB能安放的設(shè)計空間相對來說比較小，因此長時間使用時封裝空間內(nèi)的溫度有可能會很高。由于設(shè)計師不太可能在其內(nèi)安裝一個散熱風(fēng)扇，因此它的散熱設(shè)計就變得非常關(guān)鍵和重要。“大多數(shù)小于25W的低功率LED照明應(yīng)用要求一定程度的小型化。這常常導(dǎo)致更高的功率密度，盡管功耗不是很大。足夠的散熱管理措施必須通過改進的機械結(jié)構(gòu)提供。此外，高電氣效率有助于降低功耗。”Alexander Sommer指出，“如果需要進一步減少熱阻，這可以通過電氣隔離來做到，因為它可以實現(xiàn)最高效率的熱傳遞。這些方法也允許實現(xiàn)優(yōu)化的流明輸出?！绷硪环N防止LED長時間工作過熱問題的思路是采用調(diào)光解決方案。飛兆半導(dǎo)體公司高壓IC產(chǎn)品行銷經(jīng)理SangCheol Her表示：“相比熒光燈和白熾燈，采用調(diào)光解決方案是降低LED功耗的重要途徑，這種方案利用調(diào)光控制器來實現(xiàn)。尤其是對于小于25W的LED驅(qū)動解決方案，由于PCB尺寸小，而封裝空間有限，散熱問題無可避免，所以該方案更顯重要?！笔聦嵣?，在這個功率范圍內(nèi)，LED照明燈將會取代鹵素?zé)艉途o湊型熒光燈(CFL)。此外，先進的技術(shù)為了擺脫散熱問題，必須去掉對溫度變化敏感的無源組件如電解電容。然而，目前大多數(shù)LED驅(qū)動器解決方案都源于電源拓?fù)洳⒁源藶榛A(chǔ)，故應(yīng)該考慮到溫度范圍的限制，因為一般產(chǎn)品通?；谏虡I(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但照明燈卻必須確保能夠適應(yīng)嚴(yán)苛的環(huán)境如工業(yè)環(huán)境。LED照明設(shè)計的架構(gòu)選擇LED照明系統(tǒng)架構(gòu)選擇取決于你的設(shè)計目標(biāo)是低成本、高效率還是最小PCB面積。一般來說，小于25W的LED照明系統(tǒng)不要求進行功率校正，因此可以采取簡單一些的拓?fù)浼軜?gòu)，如PSR或Buck拓?fù)洹?5W-100W的LED照明應(yīng)用要求進行功率校正，因此一般采用單級PFC、準(zhǔn)諧振(QR)PWM或反激式拓?fù)洹?00W以上LED照明應(yīng)用一般采用效率更高的LLC拓?fù)浜碗p級PFC。“低于25W功率LED照明解決方案可采用PSR或Buck拓?fù)?，因為這一功率范圍主要針對小型設(shè)計，強調(diào)設(shè)計的簡單性。中等功率解決方案(25W-100W)適合于單級PFC、準(zhǔn)諧振(QR)PWM、反激式拓?fù)洹！盨angCheol Her說，“大功率解決方案(大于100W)則適合采用LLC、QR PWM、反激式拓?fù)湓O(shè)計。從效率角度來看，LLC和QR性能更好；而PSR方案無需次級反饋，設(shè)計簡單，尺寸也比其它方案小。”鄭宗前也表示：“小于25 W的LED燈具主要應(yīng)用在室內(nèi)照明，它們主要采用低成本的反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。安森美半導(dǎo)體的NCP1015和NCP1027單片變換集成電路集成了內(nèi)置高壓MOSFET 和PWM控制器，可以有效的減少PCB的面積和燈具的體積，提供最大25W的功率輸出(230V AC輸入)?！薄皩τ诜歉綦x型小于25W LED照明應(yīng)用，如果輸入到輸出轉(zhuǎn)換比低，那么簡單的降壓轉(zhuǎn)換器可以是一個低成本和小體積的選擇。在看重效率的隔離型拓?fù)浼軜?gòu)中，使用像英飛凌CoolSET ICE2QS系列器件的準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)渚褪且粋€很好的選擇?！盇lexander Sommer說。英飛凌是第一家提供數(shù)字準(zhǔn)諧振反激控制IC的供應(yīng)商。25W-100W功率范圍的典型LED照明應(yīng)用是街道照明(小區(qū)道路)和像停車場這樣的公共場所。功率轉(zhuǎn)換效率、PFC功能的高性價比實現(xiàn)和高顏色品質(zhì)現(xiàn)在是最重要的三大技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，在商業(yè)照明和街道照明應(yīng)用中，更長得使用壽命和由此產(chǎn)生的更低維護成本正幫助克服較高初始成本的進入障礙。25W到100W的LED照明應(yīng)用有功率因數(shù)的要求，因此需要增加功率因數(shù)校正電路?！斑@種電路可以采用傳統(tǒng)的兩段式結(jié)構(gòu)，即有源非連續(xù)模式功率因數(shù)校正(PFC)電路加DC-DC PWM變換電路，如安森美的功率因數(shù)校正控制器NCP1607，NCP1607的外圍電路非常簡單并可以提供很好的性能?！编嵶谇氨硎荆皩τ诟咝?、低成本和小體積的LED方案而言，值得推薦的是單段的PFC電路，它可以同時實現(xiàn)功率因數(shù)和隔離的低壓直流輸出，并具有顯著的成本優(yōu)勢，必將成為中等功率LED照明的主流方案。安森美半導(dǎo)體的NCP1652 為實現(xiàn)單級的PFC電路提供了最優(yōu)的控制方案。”深圳世強電訊則采用Silicon Labs的C8051F3XX系列8位MCU以軟件方式實現(xiàn)PFC。該公司助理市場經(jīng)理黃孫峰說：“我們針對家用市電(180V-260V)輸入10W-30W小功率LED照明應(yīng)用開發(fā)出的全數(shù)字化LED照明方案，可用軟件控制方式實現(xiàn)高達0.95的PFC值。與硬件PFC相比，該套軟件方案在保證同樣性能指標(biāo)的前提下，還具有更高的靈活性、適應(yīng)性及可升級性。”該方案采用的LED驅(qū)動器MIC3230的最大輸出電流為350mA，最多可驅(qū)動12顆1W的LED，能夠很好地滿足室內(nèi)照明的需求。Alexander Sommer說：“對于要求在一個很寬的輸入和/或負(fù)載范圍內(nèi)(如調(diào)光)具有效率和性能的25W-100W功率LED照明應(yīng)用，建議采用帶一個獨立PFC級的準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。典型地可實現(xiàn)高達90%的效率?！?00W以上應(yīng)用包括主要道路和高速公路照明(這里需要高達20K流明或以上的亮度、以及250W的電源輸入)和專業(yè)應(yīng)用，如舞臺燈光照明和建筑泛光燈照明。在高功率應(yīng)用中使用LED的一個關(guān)鍵驅(qū)動力是可靠性和低功耗帶來的低擁有成本。例如，其系統(tǒng)效率可與金屬鹵化物和低壓鈉燈相比。初始成本比較可能在短期內(nèi)繼續(xù)是該市場進入門檻。鄭宗前指出：“對于大于100W的LED應(yīng)用，我們將采用傳統(tǒng)的有源非連續(xù)模式功率因數(shù)校正電路和半橋諧振DC-DC 轉(zhuǎn)換電路。我們推出了一種新型的集成控制器，它集成了有源非連續(xù)模式功率因數(shù)控制器和具有高壓驅(qū)動的半橋諧振控制器。”該半橋諧振控制器工作在固定的開關(guān)頻率和固定的占空比，并且該電路不需要輸出側(cè)的反饋控制回路。這使得半橋諧振DC-DC 變換電路工作在效率最高的ZVS和ZCS狀態(tài)。直流輸出電壓將跟隨功率因數(shù)校正電路的輸出。Alexander Sommer強調(diào)：“對于100W以上的更高功率級LED照明應(yīng)用，效率變得更加重要，建議使用LLC諧振拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它可以實現(xiàn)90以上的效率。我們建議你使用英飛凌新的8引腳器件ICE1HS01?！辈还躄ED照明系統(tǒng)的輸出功率有多大，LED驅(qū)動器電路的選擇都將在很大程度上取決于輸入電壓范圍、LED串本身的累積電壓降、以及足以驅(qū)動LED所需的電流。這導(dǎo)致了多種不同的可行LED驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如降壓型、升壓型、降壓-升壓型和SEPIC型。不管是大功率的還是小功率的LED照明應(yīng)用，一般都由電源、LED驅(qū)動器、LED、透鏡和基板幾部分構(gòu)成，其中關(guān)鍵的元件是LED驅(qū)動器，它必須提供一個恒流輸出才能保證LED發(fā)出的光不會忽明忽暗、以及不會發(fā)生LED色偏現(xiàn)象，它一般接受24V-48V的直流電壓輸入，但也有一些先進的LED驅(qū)動器可直接接受220V市電交流輸入。大多數(shù)客戶都要求采用高性能的LED驅(qū)動器，以滿足“PF值0.9”和“+85效率”等即將出臺的LED照明規(guī)范。LED照明應(yīng)用的主要設(shè)計挑戰(zhàn)包括以下幾個方面：散熱、高效率、低成本、調(diào)光無閃爍、大范圍調(diào)光、可靠性、安全性和消除色偏。這些挑戰(zhàn)需要綜合運用適當(dāng)?shù)碾娫聪到y(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)、驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和機械設(shè)計才能解決。Diodes公司亞太區(qū)技術(shù)市場總監(jiān)梁后權(quán)指出：“對設(shè)計師來說，最大的技術(shù)挑戰(zhàn)將是高效率要求、光學(xué)設(shè)計、熱管理和提高某些應(yīng)用的可靠性，如高亮度LED街燈。我們現(xiàn)在提供的一系列LED照明解決方案覆蓋從0.1W到250W的應(yīng)用?！薄霸贚ED照明系統(tǒng)的應(yīng)用中，除了選擇合適的LED產(chǎn)品，一個完整的LED照明設(shè)計還要包括光學(xué)設(shè)計、熱設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計和電氣驅(qū)動設(shè)計。由于LED是低壓器件，因此將高壓交流供電轉(zhuǎn)換為LED使用的低壓恒流驅(qū)動將面臨許多挑戰(zhàn)?！卑采腊雽?dǎo)體中國區(qū)高級應(yīng)用經(jīng)理鄭宗前指出：“進一步說，為了保證LED照明的優(yōu)勢，LED電氣驅(qū)動必須是可靠的、高效率的、安全的和低成本的。因此，針對不同的LED照明的應(yīng)用，首先需要選擇正確的驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?！卑采腊雽?dǎo)體現(xiàn)可以提供從1W到500W功率范圍內(nèi)的全部LED照明解決方案。為了快速推動LED照明市場的起飛，美國國家半導(dǎo)體公司(NSC)最近瞄準(zhǔn)了一塊非常龐大的白熾燈直接替代市場，即用LED燈直接替代現(xiàn)有家庭或其他應(yīng)用市場中的白熾燈，并推出了一款針對該市場的直接市電輸入LED驅(qū)動芯片LM3445。不過，NSC亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場營銷經(jīng)理吳志民表示：“白熾燈電燈已面世很多年，對于許多多年未改的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，我們的家居照明系統(tǒng)一直也在沿用許多多年未改的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這個情況并非一朝一夕可以改變過來。例如，基于散熱及照明角度等問題，原有的舊式電燈插座或裝置并不適宜用來安裝LED燈泡。但除了技術(shù)問題之外，成本效益也亦是使LED燈無法普及的最大原因。鎢絲燈泡及霓虹光管的售價約為US$0.6-0.7/Klm，但目前LED燈的售價仍然高達US$40-50/Klm?！闭缫陨纤f，由于LED燈必須能夠裝設(shè)在原有的舊式插座之內(nèi)，因此散熱是一個必須克服的大問題。但嚴(yán)格來說，這可以利用機械工程技術(shù)解決的問題，LED系統(tǒng)生產(chǎn)商的責(zé)任是努力開發(fā)新技術(shù)，盡量提高LED的亮度(即每單位功率產(chǎn)生的流明量)。吳志民自信地說：“我們可以提供功效效率最高的LED驅(qū)動器，以確保可將整個燈光系統(tǒng)的散熱量減至最少。”LED的相對高成本是LED照明市場目前仍難以大規(guī)模起飛的主要障礙。例如，英飛凌科技有限公司電源管理業(yè)務(wù)部產(chǎn)品市場總監(jiān)Alexander Sommer就