面向商業(yè)樓宇照明的 LED 驅(qū)動器

　　LED 照明高增長率背后的主要驅(qū)動力是，與傳統(tǒng)照明方法相比，LED 照明的功耗大幅降低。與白熾燈照明相比，要提供同樣的光輸出 （以流明為單位），LED需要的電功率不到白熾燈的 20%。由表 1 可見，LED 照明還有其他很多優(yōu)勢，但是也有一些與 LED 照明有關(guān)的挑戰(zhàn)。LED 照明的優(yōu)勢包括工作壽命比白熾燈長數(shù)個量級，這極大地降低了更換成本。能利用以前安裝的 TRIAC 調(diào)光器給 LED 調(diào)光，也是一個主要的成本優(yōu)勢，尤其是在住宅照明翻新應(yīng)用中。LED 能即時接通，不像 CFL那樣需要預(yù)熱時間，而且 LED 對電源循環(huán)不敏感，這一點也與 CFL 不同。此外，LED 不含任何需要管理或處置的有毒材料，而 CFL 需要有毒的水銀蒸氣才能工作。最后，LED 能實現(xiàn)新的和非常扁平的外形尺寸，這是其他技術(shù)不可能做得到的。

　　表 1：LED、CFL 和白熾燈光源的比較

　　離線式 LED驅(qū)動需要注意的事項

　　能用離線式電源驅(qū)動 LED 就可使應(yīng)用呈指數(shù)性地飛速增長，因為不管是商用建筑還是居民住宅中，這種形式的電源都可以非常便利地得到。雖然 LED 燈的更換附屬裝置相對簡單，最終用戶很容易安裝，但是對 LED 驅(qū)動器 IC 的新要求卻極大地提高了。由于 LED 需要一個良好調(diào)節(jié)的恒定電流源，以提供恒定的光輸出，所以用 AC 輸入電源為 LED 供電需要采取一些特殊的設(shè)計方法，要滿足一些非常特別的設(shè)計需求。

　　在不同的地區(qū)城市，離線式電源參數(shù)會存在差異，一般在 90VAC~265VAC 之間，頻率則為 50Hz 至 65Hz。因此要制造面向全球市場的 LED 附屬裝置，最好擁有這樣一種電路設(shè)計：無需修改就能使 LED 用在任何地方。這就要求單一 LED 驅(qū)動器 IC 能處理多種輸入電壓和電網(wǎng)頻率。

　　此外，許多離線式 LED 應(yīng)用需要 LED 與驅(qū)動電路之間實現(xiàn)電氣隔離。這主要出于安全考慮，并且是幾家監(jiān)管機構(gòu)要求的。電氣隔離通常由隔離型反激式 LED 驅(qū)動器拓撲提供，該拓撲運用變壓器來隔離驅(qū)動電路的主端與副端部分。

　　由于采用 LED 照明的驅(qū)動力是提供特定光輸出量所需的功率可極大地降低，因此勢在必行的是：LED 驅(qū)動器 IC 要提供最高的效率。因為 LED 驅(qū)動器電路必須將高電壓 AC 電源轉(zhuǎn)換為較低的電壓和良好調(diào)節(jié)的 LED 電流，所以 LED 驅(qū)動器 IC 必須設(shè)計為：提供高于 80% 的效率以不浪費功率。

　　而且，為了在住宅應(yīng)用中常見的 TRIAC 調(diào)光器已經(jīng)大量安裝到位的情況下使 LED 翻新燈成為可能，LED 驅(qū)動器 IC 必須與這些調(diào)光器一起高效運作。TRIAC 調(diào)光器專為與白熾燈和鹵素?zé)艉芎玫嘏浜瞎ぷ鞫O(shè)計，這兩種燈是理想的阻性負載。然而，LED 驅(qū)動器電路一般是非線性的，而且不是純阻性負載。其輸入橋式整流器在 AC 輸入電壓處于其正峰值和負峰值時通常吸收高強度的峰值電流。因此，LED 驅(qū)動器 IC 必須通過設(shè)計來“模仿”一個純阻性負載，以確保 LED 在不產(chǎn)生任何明顯閃爍的情況下正確起動，并利用一個 TRIAC 進行適當?shù)恼{(diào)光。

　　就 LED 照明而言，功率因數(shù) （PF） 是一項重要的性能規(guī)格。簡言之，如果所吸取的電流與輸入電壓成比例且同相，那么功率校正系數(shù)為 1。由于白熾燈是一種完美的電阻性負載，所以輸入電流和電壓同相，且 PF 為1。PF 是特別重要，因為它與本地電力供應(yīng)商所需提供的電功率有關(guān)。舉個例子，在一個電力系統(tǒng)中，與一個具有高功率因數(shù)的負載相比，在所傳輸?shù)挠杏霉β氏嗤那闆r下，一個具有低功率因數(shù)的負載吸取更大電流。因為所需的電流較高，所以在配電系統(tǒng)中損失的能量也提高了，這反過來又需要更粗的導(dǎo)線和其他傳輸設(shè)備。較大的設(shè)備和能源浪費增加了成本，所以電力公司往往對功率因數(shù)較低的工業(yè)或商用客戶收取較高的費用。針對 LED 應(yīng)用的國際標準仍然處于開發(fā)之中，不過大多數(shù)人相信：就 LED 照明應(yīng)用而言，將要求 PF 》 0.90。

　　圖 2：凌力爾特的 LT3799 離線式 LED驅(qū)動器整合了單級有源濾波，以降低 EMI 并可提供一個數(shù)值達 0.98 的功率因數(shù) （頂視圖）。

　　LED 驅(qū)動器電路 （包括大量的二極管、變壓器和電容器） 的表現(xiàn)不像一個純電阻性負載，故其 PF 可能低至 0.5。為了將 PF 提高到 0.9 以上，有源或無源 PFC 電路都必須設(shè)計到 LED 驅(qū)動器電路內(nèi)。還應(yīng)該提到的一點是，在運用大量 LED 照明陣列的應(yīng)用中，高 PF 尤其重要。例如：在使用幾百個以上 50W LED 燈的停車庫里，高 PF （》0.95） LED 驅(qū)動器設(shè)計是有益的。

　　除了高 PF 具備重要性之外，最大限度地降低 LED 燈的諧波失真度也很重要。International Electrotechnical Commission 已經(jīng)制訂了IEC 61000-3-2 C類照明設(shè)備諧波規(guī)范，以確保新的LED照明附屬裝置滿足這些低失真要求。

　　在照明應(yīng)用中，能在較寬的輸入線路電壓、輸出電壓和溫度變化范圍內(nèi)準確調(diào)節(jié) LED 電流是至關(guān)重要的，因為 LED 亮度的變化必須是人眼難以察覺的。類似地，為了確保 LED 有最長的工作壽命，不使用高于其最大額定值的電流來驅(qū)動 LED 是很重要的。在隔離型反激式應(yīng)用中，LED 電流的調(diào)節(jié)并不總是直接進行的，常常需要一個光耦合器來閉合所需的反饋環(huán)路，或者可能增加一個額外的轉(zhuǎn)換級。然而，這兩種方法都帶來了復(fù)雜性和可靠性問題。幸運的是，有些 LED 驅(qū)動器 IC 的設(shè)計采用了新的設(shè)計方法，無需這些額外的組件或在不增加設(shè)計復(fù)雜性的情況下，就能準確地調(diào)節(jié) LED 電流。

　　結(jié)論

　　毫無疑問，HB LED 在汽車應(yīng)用以及高亮度 LED 照明系統(tǒng)在商用建筑中的成長潛力相組合，使得 LED 本身及其驅(qū)動所需的 LED 驅(qū)動器 IC 如今得到了廣泛的使用，進而造成其需求量的顯著增加。盡管其普及面臨著各自的障礙，但它們在這些應(yīng)用中所提供的優(yōu)勢非常之大是人們根本無法忽視的。幸運的是，對于此類系統(tǒng)的設(shè)計人員來說，LED 的選擇余地很大，可以為其供電的新型和創(chuàng)新 IC驅(qū)動器同樣不少。沒錯，LED 照明的未來的確是光明的。