與LED公司必須攜手合作才能實現高效率LED照明

交付充分符合設計要求 – 降低功耗、延長壽命和提高效率 – 的實際LED照明系統，現在已成為現實。LED照明正日益廣泛應用于眾多應用，但不得不面臨著集成到仍由白熾燈主導的產品中去的競爭局面。其中一個例子是，面臨著如何應對舊有燈泡類型的挑戰，而這些燈泡類型相對于LED技術而言，遠遠不夠理想。另一個例子是，我們為白熾照明開發的、安裝于無數的家庭、辦公室、工作空間和公共空間的控制系統，并不適合功耗極低的LED驅動器電源。

設計工程師已非常善于將相當復雜的電源系統裝入傳統的燈泡裝置。然而，在調光方面仍存在諸多問題，因此LED和電源系統制造商已開始合作推出高效、實用和可靠的參考設計，通過實例來說明究竟可以實現哪些以及如何實現解決方案。

其中有一個這樣的參考設計詳細介紹了一款PAR38射燈的設計過程，該射燈基于Cree的EasyWhiteLED設計而成，其驅動電源采用了Power Integrations的LYTSwitchTM系列LED驅動器IC。Cree位于圣芭芭拉技術中心的應用工程師Mark Youmans解釋說：“該設計的關鍵挑戰其實是熱管理問題，因為其應用是射燈，并且平滑調光也是要求之一;電源需要實現高效率，同時具備出色的調光能力。”

Cree的應用指南CLDA P117 REV0詳細介紹了一款使用該公司的36伏XLamp MT-G2 EasyWhiteLED陣列設計的150 W等效窄射束PAR38替換燈。這是第一個采用Cree的下一代碳化硅LED平臺SC3 Technology?制造而成的此類LED陣列。

MT-G2陣列可以提供比前代產品多達25%的流明數，同時占用同樣的空間，且以同樣的驅動條件進行工作。新設計是對現有產品的隨加即用式改造替換。Youmans接著說：“我們的團隊決定設計出L70使用壽命達50,000小時的LED燈(工作50,000小時后，LED的光通量至少相當于其原始光通量的70%)，該性能符合最新的能源之星要求。我們使用了一個市場上有售的精良、輕型、拋物面鍍鋁反射燈(PAR)外形因素的散熱片設計，并與業界領先的驅動器和光學器件合作伙伴密切合作，設計出高度集成的優化系統。”

PAR38射燈設計的驅動器采用了Power Integrations最新推出的LYTSwitch IC系列器件LYT4317E IC，該系列器件能夠在燈管替換應用和工礦燈照明中實現精確調整和高效率，同時在可控硅調光燈泡應用中提供出色的性能。Power Integrations的DER-350 介紹了一款功率因數高于0.98的20 W隔離反激式LED驅動器。

LYTSwitch IC同時包含控制器和一個集成式670 V功率MOSFET。它們可用于單級反激式拓撲結構，從而提供初級側調節的恒流隔離輸出，同時使AC輸入保持高功率因數。除提供高效率外，該拓撲結構還可實現低THD和低元件數。

LYTSwitch IC還可提供全面的保護功能，包括針對控制環路開環和輸出短路條件的自動重啟動、可提供增強的抗輸入故障和浪涌能力的輸入過壓保護，以及可確保在所有條件下實現安全的平均PCB溫度的精確遲滯熱關斷保護。

圖1中所示為一款隔離式、高功率因數(PF)、可控硅調光的LED驅動器的電路原理圖，該驅動器可以在90 VAC至132 VAC的輸入電壓范圍內為額定電壓36 V的LED燈串提供典型值550 mA的電源。

圖1 DER-350電路原理圖

由于LED照明系統的功耗比傳統技術解決方案低得多，燈具所消耗的電流要小于調光器內可控硅的維持電流。這樣會因為可控硅導通不一致而產生不良情況，如閃爍。由于LED燈的阻抗相對較大，因此在可控硅導通時，浪涌電流會對輸入電容進行充電，產生很嚴重的振蕩。這同樣會造成類似不良情況，因為振鈴會使可控硅電流降低至可控硅的維持電流以下，再次造成閃爍。

要克服這些問題，需要增加有源衰減電路和無源泄放電路。這些電路的缺點是會增大功耗，進而降低電源的效率。對于非調光應用，可以省略這些元件。

有源衰減電路由元件R6、R28、R29、D10、Q1、Q3、C3、VR5以及R8共同組成。該電路可以限制可控硅導通時流入輸入電容C2和C4并對其充電的浪涌電流，實現方式是在導通前~0.5ms內將電阻R8串聯。在大約0.5 ms后，Q1導通并將電阻R8短路。這樣可使R8的功耗保持在低水平，在限流時可以使用更大的值。電阻R6、R29和電阻C3在可控硅導通后提供0.5 ms延遲。晶體管Q3在可控硅不導通時對電容C3進行放電，VR5將Q1的柵極電壓箝位在15 V，R28用于防止MOSFET發生振蕩。

無源泄放電路由C1和R1構成。這樣可以使輸入電流始終大于可控硅的維持電流，而驅動器的輸入電流將在每個AC半周期內增大，防止每個導通期間的起始階段出現可控硅開關振蕩。

Cree Services提供了一套完整的針對LED照明的熱、電、機械、光度及光學測試(TEMPO)