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LED照明设计需考虑的各种因素
[发布时间]:2010年10月27日 [来源]:华强电子网 [点击率]:7553
【导读】: LED照明应用的主要设计挑战包括以下几个方面:散热、高效率、低成本、调光无闪烁、大范围调光、可靠性、安全性和消除色偏。这些挑战需要综合运用适当的电源系统拓扑架构、驱动电路拓扑结构和机械设计才能解决...

    LED照明应用的主要设计挑战包括以下几个方面:散热、高效率、低成本、调光无闪烁、大范围调光、可靠性、安全性和消除色偏。这些挑战需要综合运用适当的电源系统拓扑架构、驱动电路拓扑结构和机械设计才能解决。


    由于LED灯必须能够装设在原有的旧式插座之内,因此散热是一个必须克服的大问题。但严格来说,这可以利用机械工程技术解决的问题,LED系统生产商的责任是努力开发新技术,尽量提高LED的亮度(即每单位功率产生的流明量)。吴志民自信地说:“我们可以提供功效效率最高的LED驱动器,以确保可将整个灯光系统的散热量减至最少。”

  LED的相对高成本是LED照明市场目前仍难以大规模起飞的主要障碍。例如,英飞凌科技有限公司电源管理业务部产品市场总监AlexanderSommer就说:“大多数小于25W的典型LED照明应用是标志灯、标识灯、以及替代标准的白炽灯和卤素灯。但与现有的荧光灯和白炽灯技术相比,LED初始成本仍然是进入大众市场的一个主要障碍。”

  Cytech产品及设计部工程师徐瑞包也认同主要商业化挑战是成本。他说:“目前各种功率的LED照明系统在电路上都是可以实现的,技术挑战来自于终端应用的要求,比如应用于汽车,要考虑到光学设计以及整体散热设计等。商业化部署的挑战则主要来自于LED成本。”

  LED照明设计的散热考虑

  25W以下的LED照明系统一般设计用于像阅读台灯、走廊灯、客厅射灯、家用餐灯、小夜灯等应用,客户一般希望这类应用设计得越小巧越好,因此其PCB能安放的设计空间相对来说比较小,因此长时间使用时封装空间内的温度有可能会很高。由于设计师不太可能在其内安装一个散热风扇,因此它的散热设计就变得非常关键和重要。

  “大多数小于25W的低功率LED照明应用要求一定程度的小型化。这常常导致更高的功率密度,尽管功耗不是很大。足够的散热管理措施必须通过改进的机械结构提供。此外,高电气效率有助于降低功耗。”AlexanderSommer指出,“如果需要进一步减少热阻,这可以通过电气隔离来做到,因为它可以实现最高效率的热传递。这些方法也允许实现优化的流明输出。”

  另一种防止LED长时间工作过热问题的思路是采用调光解决方案。飞兆半导体公司高压IC产品行销经理SangCheolHer表示:“相比荧光灯和白炽灯,采用调光解决方案是降低LED功耗的重要途径,这种方案利用调光控制器来实现。尤其是对于小于25W的LED驱动解决方案,由于PCB尺寸小,而封装空间有限,散热问题无可避免,所以该方案更显重要。”

  事实上,在这个功率范围内,LED照明灯将会取代卤素灯和紧凑型荧光灯(CFL)。此外,先进的技术为了摆脱散热问题,必须去掉对温度变化敏感的无源组件如电解电容。然而,目前大多数LED驱动器解决方案都源于电源拓扑并以此为基础,故应该考虑到温度范围的限制,因为一般产品通常基于商业标准,但照明灯却必须确保能够适应严苛的环境如工业环境。

  LED照明设计的架构选择

  LED照明系统架构选择取决于你的设计目标是低成本、高效率还是最小PCB面积。一般来说,小于25W的LED照明系统不要求进行功率校正,因此可以采取简单一些的拓扑架构,如PSR或Buck拓扑。25W-100W的LED照明应用要求进行功率校正,因此一般采用单级PFC、准谐振(QR)PWM或反激式拓扑。100W以上LED照明应用一般采用效率更高的LLC拓扑和双级PFC.

  “低于25W功率LED照明解决方案可采用PSR或Buck拓扑,因为这一功率范围主要针对小型设计,强调设计的简单性。中等功率解决方案(25W-100W)适合于单级PFC、准谐振(QR)PWM、反激式拓扑。”SangCheolHer说,“大功率解决方案(大于100W)则适合采用LLC、QRPWM、反激式拓扑设计。从效率角度来看,LLC和QR性能更好;而PSR方案无需次级反馈,设计简单,尺寸也比其它方案小。”

  郑宗前也表示:“小于25W的LED灯具主要应用在室内照明,它们主要采用低成本的反激拓扑结构。安森美半导体的NCP1015和NCP1027单片变换集成电路集成了内置高压MOSFET和PWM控制器,可以有效的减少PCB的面积和灯具的体积,提供最大25W的功率输出(230VAC输入)。”

  “对于非隔离型小于25WLED照明应用,如果输入到输出转换比低,那么简单的降压转换器可以是一个低成本和小体积的选择。在看重效率的隔离型拓扑架构中,使用像英飞凌CoolSETICE2QS系列器件的准谐振反激式拓扑就是一个很好的选择。”AlexanderSommer说。英飞凌是第一家提供数字准谐振反激控制IC的供应商。

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