低功率(≤20W)LED照明解決方案

低功率LED照明趨勢

LED照明應用可分為三種基本輸入功率范圍： 低功率為小于或等于20瓦;中功率為20瓦至50瓦之間;高功率為高于50瓦。在現(xiàn)實世界中，應用場景不會總是很好地符合這三種規(guī)格。但在考慮 LED驅動器解決方案時，應以這些功率大小為基礎。

本文討論了≤20W的低功率應用，特別是球形燈泡的替換或改型、現(xiàn)有燈具的替代，以及新制造燈具。

根據(jù)Strategies Unlimited的最新LED年度報告，2013年照明領域LED的全球銷售額為44億美元，(LED全球市場： 2014年市場回顧和預測)。 按2013年到2018年27.5 %的年增長率預測，到2018年銷售額有望達到149億美元。巨大且不斷增長的市場潛力要求LED驅動器提高效能(效能是每瓦流明數(shù)的比率)、降低成本和 延長工作壽命。

美國 能源部(DOE)預測高亮度LED的潛力會超越迄今的傳統(tǒng)技術。圖 1和圖 2所示為能效提高的趨勢。能效的分母為輸入功率，而輸入功率和將能量傳遞給LED燈串的效率與LED驅動器解決方案相關。單一驅動器拓撲結構在整個 LED 功率范圍內不是最佳結構，但可以考慮以最少的拓撲來滿足全部 LED 驅動器開發(fā)的需求。

LED驅動器的另一常見設計約束是成本。DOE的目前近似成本如圖 3所示;驅動器占總制造成本的10%到20%。無論性能如何提高，總成本目標是最終用戶接受LED照明解決方案的最大障礙。DOE的2011固態(tài)照明市場 講座中建議的成本目標如圖4所示，幾乎是每四年減少50%。

工作壽命與LED驅動器本身的可靠性有關。影響可靠性的因素有元件數(shù)量、所用元件類型，以及LED驅動器中的溫度或者散熱情況。可靠性可使用部件計 數(shù)方法來計算，目標是減少驅動器中使用的元件。可靠性還受工作溫度的影響;因此，減少與LED驅動器元件相關的功率損失以及拓撲控制方法與散熱設計一樣重 要。發(fā)展趨勢是省去電解電容和光隔離器等元件，并將功能集成到半導體控制芯片中。

下面，我們將討論LED驅動器標準和機構要求。

LED驅動器標準和機構要求

用于規(guī)范LED驅動器產品的標準和機構有許多，自愿和強制性方案都有。

表1為關于照明的幾個機構的示例。

表1:全球機構規(guī)范范例

該列表應包括 FCC 要求 47 CFR的 第 15 部分，A 類和 B 類，諧波發(fā)射限值 ANSI C82.77-2002 或 IEC 61000-3-2，UL 8750 安全標準或 IEC 60650 第 1 部分，線路瞬態(tài)保護 IEEE C62.41.1991，A 類或 A 類可聞噪聲。 LM-80： 用于確定 LED 及 LED 模塊(而非光源)的流明維持率的指定程序。 LM79：用于測量發(fā)光效能的指定程序。 TM-21：用于確定期望使用壽命的指定方法。 最后，但并非最不重要的一點是，用于 LED 器件陣列或系統(tǒng)的NEMA SSL 1電子驅動器。

適用標準的清單較長，同時”能源之星”方案要求的審查突出了許多 LED 驅動器設計要求，如 表 2 所示。 所列項目都集中于 LED 驅動器，而不一定是燈泡或燈具。

表2：LED驅動器的具體標準和機構要求

闡明了標準和要求后，現(xiàn)在我們可以開始考慮驅動器設計事宜了。 下面我們將談談最常用LED燈具型號中的兩種(MR11和MR16)的驅動器設計。

MR11/16 LED驅動設計

在當今低功率LED照明趨勢的解決方案系列的第二部分中，我們列舉了設計師需要參考的各種規(guī)范和行業(yè)標準，以便了解任何既定項目中關于LED驅動減少功耗、功率因數(shù)校正和低THD的設計限制。除了相關規(guī)范和標準，還需考慮很多其它可能影響設計的因素。包括：

●開發(fā)周期和設計復雜性

●效率和效能

●工作溫度

●無閃爍和無閃光

●恒流輸出容差

●供應商選擇與整合

●驅動器的成本、可靠性和使用壽命

●保護功能—— 過壓保護(OVP)、過流保護(OCP)、過溫保護(OTP)、短路LED、開路LED

●有限的印刷電路板 (PCB) 空間或體積(高度)限制

●找到滿足輸入和輸出電壓-電流參數(shù)、散熱設計、安全法規(guī)和保護需求的電源拓撲