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美信社区 LEDLED 通用照明 通用照明 LEDLED 照明换代产品设计照明换代产品设计 Piero Bianco Piero Bianco 业务经理 业务经理 SPMSPM 事业部事业部 摘要 本应用笔记探讨了发光二极管摘要 本应用笔记探讨了发光二极管 LED LED 在通用照明应用中的发展趋势 对比了在通用照明应用中的发展趋势 对比了 LEDLED 与其它照明技术的性能 分析了与其它照明技术的性能 分析了 LEDLED 灯设计以及在替代现有照明方案时主要面临的挑战 灯设计以及在替代现有照明方案时主要面临的挑战 LEDLED 照明的发展趋势照明的发展趋势 发光二极管 LED 是一项快速发展技术 正在广泛用于众多通用照明领域 通常称作固 态照明 LED 照明的典型应用是 室内照明 用于商业 工业及住宅环境 室外照明 路灯 停车场照明 以及建筑 装饰照明等 最初 发光二极管由于能够发射整个频谱的彩色而被 用于装饰照明 某些情况下 LED 已经成为建筑照明的有效方案 与其它照明技术相比 LED 具有更优 异的性能 因而成为当前通用照明市场的主流方案 与其它照明技术相比 LED 具有更长的使用寿命 LED 的工作寿命长达 50 000 个小时 而白炽灯的使用寿命只有 1 000 至 2 000 个小时 小型荧光灯 CFL 的使用寿命大约为 5 000 至 10 000 小时 使用寿命上的显著优势使得 LED 非常适合那些需要投入较大人力成本更换 照明灯的商业和工业应用 能效优于白炽灯和卤素灯 等同于荧光灯 另外 LED 的效率也在不断提高 白光 LED WLED 的效率在随后 3 至 4 年内预计提高大约 50 更小的外形尺寸 LED 灯的外形尺寸等同于 MR16 和 GU10 而 CFL 无法满足这类应用 可以采用适当的驱动器提供亮度调节 对于需要调节亮度的应用 荧光灯在技术上具有 局限性 尽管传统的 LED 设计也遇到了类似问题 但是 Maxim 提供的 LED 驱动创新方案兼容 于可控硅调光和后沿调光设计 具有较强的发光方向性 与其它照明技术不同 LED 非常适合需要定向照明的应用 例 如 小角度反射灯 温度较低时具有更高效率 荧光灯的工作效率在低温时会下降 相比之下 LED 非常适 合低温工作环境 例如 冰箱灯 可轻松更改发光颜色 这一优势使得 RGB LED 成为建筑和情景照明的理想选择 能够根 据具体要求实时更改灯光颜色 总之 LED 具有白炽灯和荧光灯所不具备的众多优势 基于这些优势 设计人员也在不 断地发掘适合 LED 照明的更多应用 但是 由于篇幅有限 我们不在此赘述 本文将主要讨 论 LED 照明换代产品 用于替代相同规格的白炽灯 卤素灯或荧光灯 这些 LED 灯必须能够 安装到现有规格尺寸内并兼容现有的基础设施 美信社区 LEDLED 换代灯换代灯 许多人认为 LED 换代灯是当前 LED 照明增长最快的市场 快速增长的原因很简单 这些 照明灯不需要更新电气基础设施 即布线 变压器 调光器和插座 这是 LED 技术的显著优 势 LED 灯泡 MR16 灯 对于设计人员 将 LED 灯安装到现有的基础架构上主要存在两方面的挑战 外形尺寸 换代灯必须能够安装到前期灯源的框架内 电气兼容 换代灯必须能够在现有的电气架构上正常工作 不会发生灯光闪烁 下面 我们将逐一讨论每项挑战 安装到现有框架安装到现有框架 现有框架对换代灯提出了物理限制 即驱动板必须足够小 和热限制要求 这些因素制约 了设计人员更换照明方案的条件 例如 PAR R 和 A 型规格 尺寸越小的应用所面临的困难 也越大 例如 MR16 和 GU10 基于该原因 Maxim 针对 MR16 应用推出了集成 MOSFET 的驱动 器 IC MAX16840 美信社区 尺寸是制约换代方案的关键因素 而热限制往往更加关键 LED 只发射可见光 与其它 技术不同 它们不产生红外波辐射能量 因此 白光 LED 比白炽灯或卤素灯的能效更高 绝 大多数热量通过灯内导体耗散 散热是制约灯管所能产生的光强的关键因素 目前在照明换代产品中使用的 LED 技术很 难达到主流市场所能接受的亮度水平 为了突破亮度限制 需要解决散热问题 这也是产品 成功地走向商业化必不可少的条件 散热问题还直接影响到驱动板的使用寿命 为了发出更高光强 照明灯必须工作在相当 高的温度下 80 C 至 100 C 这种温度下 驱动板的寿命会限制整个照明灯的工作 特 别是电解电容成为设计面临的一个棘手问题 因为电解电容在高温下会很快干燥 在这样的 条件下 这种电容的工作寿命不会超过数千小时 这也成为制约整个照明灯使用寿命的因素 较长的工作寿命是 LED 灯的一个主要卖点 对于设计者来说 寿命相对较短的电解电容成为 设计的主要屏障 Maxim 针对 120VAC 230VAC 输入和 12VAC 输入换代灯推出了独特的 LED 驱动方案 这些 LED 驱动方案可以省去电路板上的电解电容 使 LED 灯的寿命从通常的低于 10 000 小时延 长到 90 000 小时 由于省去了电解电容 还有助于缩小方案尺寸 使驱动板能够安装到小 尺寸换代灯框架内 兼容于电气基础架构兼容于电气基础架构 LED 换代灯必须在现有基础设施下正常工作 包括切角 三端双向可控硅和后延 调光器 和电子变压器 接入 120VAC 230VAC 电源时 照明灯可以首先通过三端双向可控硅调光器调节 三端双 向可控硅调光器的设计能够很好地配合白炽灯和卤素灯工作 这些灯都是纯阻性负载 但是 使用 LED 改造灯时 LED 驱动器通常为非线性 非纯电阻负载 输入桥式整流器通常在交流 输入电压处于正向和负向峰值时瞬态吸收大电流 三端双向可控硅调光器无法保障 LED 的这 一需求 因为它既不能提供所需的启动电流 也不能提供保持电流 从而使调光器不能正常 启动或在工作时正常关闭 而且还会造成 LED 闪烁 这也是系统无法接受的现象 作为换代产品 其电气架构更加符合 12VAC 输入照明灯的设计 因为电子变压器和后沿 调光器可以连接到照明灯的输入 但是 12VAC 输入照明灯的驱动器采用的是传统的桥式整 流器和 DC DC 转换器拓扑 由于变压器和调光器的不兼容性 同样也会产生闪烁 Maxim 的 120VAC 230VAC 和 12VAC 输入照明灯的解决方案采用单级转换 通过对输入电 流整形 可以使照明灯在调光状态下也不会发生闪烁 这些方案兼容于双向三端可控硅和后 沿调光器及电子变压器设计 目前 还没有一款 MR16 方案具备这一特性 也很少有 PAR R 和 A 型灯方案具备这一特性 此外 我们的解决方案还具有优于 0 9 的功率因数修正 需要 极少的外部元件 无需电解电容 这些