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智能高效的LED驱动方案设计

未知 2019-03-14 18:18

  照明用电是全球能耗的一项重要来源。据推算,中国照明用电约占全社会用电量的12%左右。在各种照明灯具中,历史悠久但能效较低的白炽灯的应用仍然非常广泛,如果限制低能效光源的使用、同时大力地推广及应用更高能效及环保的光源,将利于节能。

  因此,包括中国在内,世界上多个国家制定政策,分阶段淘汰白炽灯泡。如中国计划于2015年60W以上普通照明用白炽灯泡全部淘汰。荧光灯及紧凑型荧光灯(CFL)的能效比白炽灯高,在市场上已经应用多年。但荧光灯含剧毒物质汞,所引发的环保顾虑越来越多。

  相比较而言,LED在发光效率等各方面的性能不断提升,还兼具环保及长寿命特性,越来越受重视。实际上,LED筒灯和改装灯泡已经拥有比白炽灯、卤素灯或CFL等现在照明技术更高的能效。而在成本方面,研究发现,与2010年相比,LED的价格已经加速下降(每年下降13%至24%),预计未来几年仍会持续下降,将帮助降低LED灯泡及灯具的成本。

  因此,世界各国纷纷看好及推动LED照明产业的发展。例如,中国国家发改委发布《半导体照明节能产业规划》,规划到2015年LED功能性照明产品市场占有率达20%以上,LED照明节能产业产值年增长30%左右,2015年产值达4,500亿元(折合720亿美元)。

  LED通用照明应用及发展前景

  LED除了广泛应用移动设备、中大尺寸液晶显示屏(LCD)背光及LED标牌等领域外,如今也在越来越多地用于LED汽车内部/外部照明,如前照灯、雾灯、尾灯、停车灯、仪表盘背光、车顶灯、阅读灯和氛围灯等,以及住宅照明和建筑物装饰照明等LED通用照明。

  LED通用照明应用覆盖宽广功率范围,低至3W到15W的LED住宅照明,中等功率有如15W至 75W的商业及建筑物装饰性照明,高至75W到250W的户外及基础设施照明,典型照明产品有如MR16/GU10灯、E27/A19灯泡、镇流器、筒灯、T8灯管、街灯等。

  典型LED通用照明应用

  图1:典型LED通用照明应用

  LED通用照明应用极具发展前景。各种LED通用照明灯具中,近期来看,LED灯泡(如A19 LED灯泡)的发展势头惊人。据统计,2012年全球LED灯泡出货量达7.35亿只,2013年预计将增长到12.25亿只;预计到2014年将迎来 LED灯泡市场的引爆点,届时LED灯泡价格将会降至10美元以下,出货量预计较2013年增长约85%,达22.70亿只;而到2015年出货量将进一步增长至39亿只。

  高能效驱动器是LED通用照明的重点

  要将LED照明的节能功能发挥至最高,就需要高能效的LED驱动器。我们以LED灯泡为例,典型的 LED灯泡包含LED阵列、驱动电路、散光罩、散热片和螺旋灯头等主要组件,见图2的左半部分。就驱动电路而言,高能效LED驱动器IC无疑是其中的重点。图2的右半部分显示了典型的LED灯泡驱动电路,其中使用的是典型的独立式LED驱动器。

  :(a)典型LED灯泡剖视图(左图);(b)典型LED灯泡驱动电路

  图2:(a)典型LED灯泡剖视图(左图);(b)典型LED灯泡驱动电路(右图)

  要发挥LED通用照明的高能效优势,LED驱动器存在多重挑战。首先就是能效至关重要。以LED灯泡为例,其形状固定,散热受限,采用高能效LED驱动器则可帮助将更多电能转化为光能,帮助散热。其次,LED灯泡空间有限,需要更大的散热片面积,较大功率的灯泡尤为如此。此外,LED正在迅速变化,提供多种选择,这对LED驱动器的选择也构成了挑战。由于LED灯泡空间有限,故须减小驱动电子电路的尺寸以使剩余空间增多,配合散热。LED通用照明涵盖不同功率等级,故须优化LED驱动器选择,以配合不同照明及功率要求。出于安规、LED选择等因素,设计人员还须考虑是采用隔离还是非隔离拓扑结构,由此也影响到LED驱动器的选择。

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