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大功率LED区域照明应用设计

  跟着人们节能环保认识的日渐巩固,业界越来越闭怀能源损耗对境遇的影响。据统计,正在各样能源损耗途径中,有高达20%至22%的电能用于照明。进步照明利用的能源操纵作用以致进一步消浸其能源损耗,有助于裁减二碳排放,成就加倍绿色环保的宇宙。于是,高能效照明正正在成为业界竞逐的一个中心。

  从利用范畴来看,照明涵盖室第、工业、街道、餐厅、零售及任事业照明等差别种别。而从功率品级来看,除了低功率照明,也网罗大功率区域照明,样板利用如柱灯、洗墙灯、外墙灯、地道照明、街灯、泊车场及大家安详照明、工业及零售照明等室外照明,以及低顶灯、高顶灯、冻柜/冰箱及泊车库等室内照明。

  大功率区域照明存正在不少挑衅,如灯具大概难以亲切、光源发作阻滞时大概带来安详题目、户外存正在众种十分境遇要求等。另外,阻挠马虎的是,利用于大功率区域照明的现有光源(如金属卤素灯、高压钠灯、线性荧光灯及紧凑型荧光灯)存正在着不少范围,如高压钠灯的显色性差(CRI约为22),金属卤素灯的样板灯具损耗较高(40%),且其从启动到发光至完美亮度,体验的时辰大概长达10分钟,线性荧光灯的冷温度功能差,紧凑型荧光灯的启动速率较慢。

  另一方面,跟着高亮度白光LED正在功能和本钱等方面接续纠正,越来越众地用于大功率区域照明,并供给古板光源不具备的上风。比方,发出每流明光所损耗的电能更少,目标统制性更好,颜色质地更佳、环保,而且其开启和闭塞也许更便当地统制,便于主动检测境遇光从而转换亮度。另外,led也更牢靠,利于消浸保卫本钱及总体具有本钱。

  LED驱动器的要紧功效是正在众种要求下限流,维护LED免受浪涌及其它阻滞要求影响,并供给某种品级的安详性,避免电气或呆板起伏及着火。看待区域照明利用,室外境遇会给LED驱动器带来温度挑衅,且大概须要担当277 Vac、347 Vac,以至480 Vac等比准绳电压更高的交换输入电压。

  区域照明利用的LED驱动器大概还须要契合某些相闭功率因数(PF)或谐波含量的典范准绳。如欧友邦际电工定约(IEC)的IEC61000-3-2准绳对功率横跨25 W的照明设置(C类)的谐波含量提出了恳求,相当于总谐波失线 C类谐波含量恳求并不肯定体现PF高于0.9。而美邦等市集日常恳求PF高于0.9,THD低于20%。

  良众区域照明利用都正在室外,会经受各样端庄温度境遇,总体操纵寿命会受到影响。而总体体系打算对操纵寿命有要紧影响,故操纵内部发烧较少、损耗更低的高能效LED驱动器异常要紧,并且正在打算中要对驱动器与LED热源举办热分隔,从而巩固体系牢靠性。

  LED照明能够举办智能化统制。古板街灯以守时器或境遇光传感器来自助统制。而诈骗电力线通讯(PLC)或无线统制身手,能够供给高度灵巧的LED区域照明统制,如基于时辰的光输出品级纠集统制;基于车流量传感器的发光品级统制;以及凭据检测人、车举止,调控市核心照明,两全人、车及街道照明。LED智能统制身手即能节电,也不会影响安详性。样板利用有智能双亮度品级照明(睹图1),如公园、加油站顶棚、泊车场、楼梯及电冰箱箱体照明,都助助凭据须要调动亮度品级的照明。LED也许即时导通及闭塞,便当地凭据举措或举止调整照明品级,如正在未检测到举止时,供给20%-40%的亮度品级;而正在检测到举止时,供给100%亮度的照明。

  大功率LED区域照明利用中,一种常睹的电源架构是“功率因数校正(PFC)+恒压(CV)+恒流(CC)”的三段式架构。此中,交换输入电源通过PFC和分隔型DC-DC转换后,输出24至80 Vdc的固定电压,供给给后面内置DC-DC降压转换电道的恒流LED模块(睹图2)。这种架构的打算供给了也许现场升级的模块化途径,可凭据实践需求,灵巧转换LED光条数目,从而增众或减小光输出,满意完全区域照明利用恳求。该架构下,AC-DC转换与LED驱动电道并未集成正在一齐,而是采用散布式装备,既简化安详探究又巩固体系灵巧性,也称作散布式计划,样板利用网罗线性灯及线槽灯等。

  正在这种模块化途径下,一项打算也许扩展用于众种光输出品级。并且跟着LED光输出功能巩固,LED模块要供给一致光输出品级,所需采用的灯条就更好。而每个灯条都设有一个专用的DC-DC LED驱动器,比方,能够采用安森美半导体的CAT4201高能效降压LED驱动器。CAT4201特意优化用于驱动大电流LED,采用专利开闭统制算法,供给高能效及无误的LED稳流(可达350 mA)。CAT4201可采用最高36 V的电源电压供电,并兼容12 V和24 V准绳照明体系。图3是CAT4201的高压LED驱动器装备,外围的N沟道MOSFET助助高压输入:100 V输入电压时,LED功率达30 W;50 V输入时,LED功率达13 W。

  并不是完全的区域照明利用都恳求采用散布式/模块化计划。跟着白光LED功能的急迅晋升,新型LED依然能够配合新的LED驱动器打算格式。领先的LED修筑商依然推出了助助更大电流及具备更高发光功能的新型LED,如科锐(Cree)的XP-G系列LED(正向压降为3.3 V)正在1 A电流时可供给330流明光输出,首尔半导体(Seoul Semiconductor)的P7系列LED(正向压降为3.3 V)正在1.4 A时可供给400 流明光输出。正在这种要求下,能够装备新的LED驱动器直接驱动1 A到3 A的大电流。比方,能够采用安森美半导体的NCL30001功率因数校正TRIAC可调光LED驱动器。

  NCL30001是一种完全式/单段式的LED驱动计划,集成了PFC和分隔型DC-DC转换电道,并供给恒定电流直接驱动LED。这相当于将AC-DC转换与LED驱动两片面电道整合正在一齐,均位于照明灯具内,省下了LED光条中集成的线性或DC-DC转换器。这种完全式计划的电源转换段更少,裁减元器件操纵数目(如光学元件、LED、电子元件印制电道板等)、消浸体系本钱,并助助更高的LED电源总体能效。当然,这种计划的功率密度更高,大概并不适合完全区域照明利用,其光学图案大概更适合较低功率的LED,样板利用网罗LED街灯、外墙灯、洗墙灯及电冰箱箱体照明等。

  安森美半导体开采了一款功率达90 W、电流0.7 A至1.5 A、电压低于60 V的单段式高功率因数LED驱动器演示板。该演示板采用了NCL30001 LED驱动器及带脉宽调制(PWM)调光功效的NCS1002次级端恒压恒流(CVCC)统制器(睹图4),适合LED街灯等区域照明利用。

  90 W恒压恒流演示板采纳90至265 Vac的扩展通用输入电压(改换元件要求下,可助助305 Vac),供给0.7 A至1.5 A的恒定电流输出畛域(可通过微幅调整电阻抉择),及30 V至55 V的恒定输出电压畛域(可通过电阻分压器抉择),助助50至1000 Hz调光统制,并蕴涵可联贯至可选调光卡的6引脚接口,用于模仿电流调整/双亮度品级数字调光等智能调光利用。另外,演示板还供给短道、开道、过温、过流及过压维护功效。测试显示,演示板正在50 W输出功率、1000 mA输出电流/48 V正向压降要求的能效高于87%(睹图5),正在50%至100%负载要求下,功率因数高于0.9,同时契合IEC61000-3-2 C类设置谐波含量准绳。

  近年来,业界对超高能效的LED照明拓扑布局兴味渐浓,盼望正在更大功率的50 W至250 W LED区域照明利用中供给高能效(如高于90%)。要供给如此高的能效,须要采用高能效的电源拓扑布局,如谐振半桥双电感加单电容(LLC)拓扑布局,从而充斥外现零电压开闭(ZVS)的上风。

  正在这类利用中,能够采用安森美半导体的NCP1607 PFC统制器和NCP1397双电感加单电容(LLC)半桥谐振统制器(睹图6),用于功率50到300 W畛域的高能效LED街道照明。NCP1397是最新高功能谐振形式LLC统制器,集成了600 V高压浮动驱动器,助助50到500 kHz的高频任务,内置高端和低端驱动器,助助可调整及无误的最低频率,供给极高能效,并具备众种阻滞维护性格。

  区域照明利用中,日常会采用众串LED。固然LED牢靠性高,但若LED串中的某个LED开道,那么整串LED就大概闭塞,而街道照明等利用要避免这种境况,从而消浸后期保卫本钱。安森美半导体的NUD4700 LED电流旁道维护器是一款分流器件,万一LED串中某个LED开道,则会供给电流旁道,确保正在某个LED阻滞的要求下整串LED不会闭塞;并且妥帖经管散热的线 A以上的大电流。

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