大功率LED驅(qū)動電源方案簡介
據(jù)統(tǒng)計,有高達20%至22%的電能用于照明。提高照明應用的能源使用效率乃至進一步降低其能源消耗,有助于減少二氧化碳排放,造就更加綠色環(huán)保的世界。因此,高能效照明正在成為業(yè)界競逐的一個焦點。
大功率區(qū)域照明存在不少挑戰(zhàn),如燈具可能難以接近、光源發(fā)生故障時可能帶來安全問題、戶外存在多種極端環(huán)境條件等。此外,不容忽視的是,應用于大功率區(qū)域照明的現(xiàn)有光源(如金屬鹵素燈、高壓鈉燈、線性熒光燈及緊湊型熒光燈)存在著不少局限,如高壓鈉燈的顯色性差(CRI約為22),金屬鹵素燈的典型燈具損耗較高(40%)且其從啟動到發(fā)光至完整亮度經(jīng)歷的時間可能長達10分鐘,線性熒光燈的冷溫度性能差,緊湊型熒光燈的啟動速度也較慢。
另一方面,隨著高亮度白光發(fā)光二極管(LED)在性能和成本等方面持續(xù)改進,越來越多地用于大功率區(qū)域照明,并提供傳統(tǒng)光源不具備的優(yōu)勢,如發(fā)出每流明光所消耗的電能更少、方向控制性更好、色彩質(zhì)量更佳、環(huán)保,并且其開啟和關(guān)閉能夠更方便地控制,便于自動檢測環(huán)境光從而改變亮度;此外,LED的可靠性也更佳,利于降低維護成本及總體擁有成本。
LED區(qū)域照明應用要求
LED驅(qū)動器的主要功能就是在多種條件下限流,并要保護LED免受浪涌及其它故障條件影響,以及提供某種等級的安全性,避免(電氣和/或機械方式的)震動及著火。對于區(qū)域照明應用而言,室外環(huán)境會給LED驅(qū)動器帶來溫度挑戰(zhàn),且可能需要承受277 Vac、347 Vac或者甚至480 Vac等比標準電壓更高的交流輸入電壓。
區(qū)域照明應用的LED驅(qū)動器可能還需要符合某些有關(guān)功率因數(shù)或諧波含量的規(guī)范標準。如歐盟的國際電工聯(lián)盟(IEC)的IEC61000-3-2標準對功率超過25 W的照明設(shè)備(C類)的諧波含量提出了要求,相當于總諧波失真(THD)低于35%;但符合IEC61000-3-2 C類諧波含量要求并不必然表示功率因數(shù)(PF)高于0.9。而某些市場(如美國)通常要求PF高于0.9及THD低于20%。
很多區(qū)域照明應用都在室外,可能會經(jīng)受各種嚴格溫度條件,從而使總體使用壽命受到影響。而總體系統(tǒng)設(shè)計對使用壽命有重要影響,故使用內(nèi)部發(fā)熱較少、損耗更低的高能效LED驅(qū)動器非常重要,而且在設(shè)計中要對驅(qū)動器與LED熱源進行熱隔離,從而增強系統(tǒng)可靠性。
圖1:智能雙亮度等級LED街道照明示例。
LED照明的控制也可以變得更加智能化。傳統(tǒng)街燈以定時器或環(huán)境光傳感器來自主控制。而利用電力線通信(PLC)或無線控制技術(shù),可以提供高度靈活的LED區(qū)域照明控制,如基于時間的光輸出等級集中控制、基于車流量傳感器的發(fā)光等級控制,以及根據(jù)檢測人、車活動來調(diào)控市中心照明,兼顧步行車及街道照明。LED智能控制技術(shù)在節(jié)省電能之余,還不會損及安全性。典型應用有如智能雙亮度等級照明,如公園、加油站頂棚、停車場所、樓梯及電冰箱箱體照明都支持根據(jù)需要來調(diào)整亮度等級的照明。LED能夠即時導通及關(guān)閉,能夠在這些應用中方便地根據(jù)動作或活動來調(diào)節(jié)照明等級,如在未檢測到活動時提供20%-40%的亮度等級,而在檢測到活動時提供100%亮度的照明。這樣就利于大量節(jié)省額外的電能消耗。
LED區(qū)域照明電源架構(gòu)及典型LED驅(qū)動方案
1)適合線性燈、線槽燈等應用的分布式/模塊化方案
大功率LED區(qū)域照明應用中,一種常見的電源架構(gòu)是“功率因數(shù)校正(PFC)+恒壓(CV)+恒流(CC)”的三段式架構(gòu)。這種架構(gòu)中,交流輸入電源經(jīng)過功率因數(shù)校正和隔離型直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換后,輸出24至80 Vdc的固定電壓,提供給后面內(nèi)置DC-DC降壓轉(zhuǎn)換電路的恒流LED模塊(見圖2)。這種架構(gòu)的設(shè)計提供了能夠現(xiàn)場升級的模塊化途徑,可根據(jù)實際需求,靈活改變LED光條數(shù)量,從而增加或減小光輸出,滿足具體區(qū)域照明應用要求。這種架構(gòu)下,交流-直流(AC-DC)轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動電路并未集成在一起,而是采用分布式配置,既簡化安全考慮又增強系統(tǒng)靈活性,也稱作分布式方案,典型應用包括線性燈及線槽燈等。
在這種模塊化途徑下,一項設(shè)計能夠擴展用于多種光輸出等級。而且隨著LED光輸出性能增強,LED模塊要提供相同光輸出等級,所需采用的燈條就更好。而每個燈條都設(shè)有一個專用的DC-DC.
圖2:典型的模塊化LED區(qū)域照明電源架構(gòu)示意圖。