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最新大功率LED区域照明方案

idokavatt  发表于 2013/2/8 15:56:07      668 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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中心议题:
? LED区域照明应用要求
? LED区域照明电源架构
? 典型大功率LED区域照明驱动方案
? NUD4700分流器件增强LED串的可靠性
解决方案:
? 分布式/模块化方案
? 整体式/单段式方案
? 高能效LLC拓扑结构驱动电源
电子元件技术(www.cntronics.com)和电子技术应用(www.52solution.com) 成都电子展 aidzz.com2013深圳消费电子展(www.xfdzz.net)、无忧电子展网( www.51dzz.net )综合报道!

LED越来越多地开始被用于大功率区域照明,如高顶灯、停车库照明、洗墙灯、街灯、隧道照明等。随着LED照明技术的不断演进,应用于大功率LED区域照 明应用的驱动方案需要不断更新、改进,使LED控制达到新高度,实现智能控制,增强节能和延长LED工作寿命。本期大讲台将在介绍LED区域照明应用的要 求及LED区域照明电源架构的基础之上,重点介绍安森美半导体在大功率LED区域照明方面的一些典型驱动方案,以帮助工程师进行大功率LED区域照明设 计。
LED区域照明应用要求
LED驱动器的主要功能就是在多种条件下限流,并保护LED免受浪涌及其它故障条件影响,以及提供某种等级的安全性,避免(电气和/或机械方式的)震动及 着火,可能需要“智能”控制光输出等级,来配合远程控制、监控及保护 。对于区域照明应用而言,室外环境会给LED驱动器带来温度挑战,且可能需要承受277 Vac、347 Vac或者甚至480 Vac等比标准电压更高的交流输入电压。
区域照明应用的LED驱动器可能还需要符合某些有关功率因数或谐波含量的规范标准。如欧盟的国际电工联盟(IEC)的IEC61000-3-2标准对功率 超过25 W的照明设备(C类)的谐波含量提出了要求,相当于总谐波失真(THD)低于35%;但符合IEC61000-3-2 C类谐波含量要求并不必然表示功率因数(PF)高于0.9。而某些市场(如美国)通常要求PF高于0.9及THD低于20%。
很多区域照明应用都在室外,可能会经受各种严格温度条件,从而使总体使用寿命受到影响。而总体系统设计对使用寿命有重要影响,故使用内部发热较少、损耗更低的高能效LED驱动器非常重要,而且在设计中要对驱动器与LED热源进行热隔离,从而增强系统可靠性。
区域照明驱动器示例如图1所示。

图1  区域照明驱动器示例
LED区域照明电源架构
LED区域照明电源需要很多颗1 W LED来产生所要求的流明输出(40到超过100颗),要可以调节设计以用于多种不同的光等级,此外,街灯要求特殊的光分布,对光电器件有要求。大功率 LED区域照明应用中,一种常见的电源架构是“功率因数校正(PFC)+恒压(CV)+恒流(CC)”的三段式架构。这种架构中,交流输入电源经过功率因 数校正和隔离型直流-直流(DC-DC)转换后,输出24至80 Vdc的固定电压,提供给后面内置DC-DC降压转换电路的恒流LED模块(见图2)。这种架构的设计提供了能够现场升级的模块化途径,可根据实际需求, 灵活改变LED光条数量,从而增加或减小光输出,满足具体区域照明应用要求。

图2  典型的模块化LED区域照明电源架构示意图
典型大功率LED区域照明驱动方案
1)适合线性灯、线槽灯等应用的分布式/模块化方案
在“功率因数校正(PFC)+恒压(CV)+恒流(CC)”的三段式架构下,交流-直流(AC-DC)转换与LED驱动电路并未集成在一起,而是采用分布式配置,既简化安全考虑又增强系统灵活性,也称作分布式方案,典型应用包括线性灯及线槽灯等。
在模块化途径下,一项设计能够扩展用于多种光输出等级。而且随着LED光输出性能增强,LED模块要提供相同光输出等级,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,如可以采用安森美半导体的CAT4201高能效降压LED驱动器。CAT4201专门优化用于驱动大电流LED,采用具有专利的开关控制算法,提供高能效及精确的LED稳流(可达350 mA)。CAT4201的工作简化框图如图3所示。
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图3 CAT4201工作简化框图
CAT4201可采用最高36 V的电源电压供电,并兼容于12 V和24 V标准照明系统。图4显示的是CAT4201的高压LED驱动器配置,外围的N沟道MOSFET支持高压输入:100 V输入电压时LED功率达30 W;50 V输入时LED功率达13 W。

图4:CAT4201高压LED驱动器配置
典型高压降压LED驱动器性能如图5所示,从图中可以看出当Vf/Vin大于0.8时,CAT4201可以提供93%至95%范围的能效。

图5 典型高压降压LED驱动器性能
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