集中LED路燈電源的設(shè)計和實現(xiàn) - 全文

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　　隨著我國城市化進程的加快，LED路燈以定向發(fā)光、功率消耗低、驅(qū)動特性好、響應(yīng)速度快、抗震能力高、使用壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)勢逐漸走入人們的視野、成為目前世界上最具有替代傳統(tǒng)光源優(yōu)勢的新一代節(jié)能光源，因此，LED路燈將成為道路照明節(jié)能改造的最佳選擇。

　　立锜科技近年來發(fā)表了一系列LED照明的驅(qū)動IC.也一直關(guān)注LED路燈的發(fā)展，本文主要是針對幾種不同LED路燈的應(yīng)用，提出適合的架構(gòu)，并做優(yōu)缺點的分析。讓讀者能依自己公司狀況以及所設(shè)計路燈應(yīng)用范圍的不同，找出最合適的方案。同樣的架構(gòu)，也可用于其他大功率燈具的設(shè)計中。

　　1、直接AC輸入，對6串LED分別做定電流控制

　　交流電alternating current ,簡稱為AC.它的最基本的形式是正弦電流。我國交流電供電的標準頻率規(guī)定為50赫茲，日本等國家為60赫茲。交流電隨時間變化可以以多種多樣的形式表現(xiàn)出來。不同表現(xiàn)形式的交流電其應(yīng)用范圍和產(chǎn)生的效果也是不同的。電流隨時間的變化規(guī)律，由此看出：正弦交流電需用頻率、峰值和相位三個物理量來描述。交流電所要討論的基本問題是電路中的電流、電壓關(guān)系以及功率(或能量)的分配問題。由于交流電具有隨時間變化的特點，因此產(chǎn)生了一系列區(qū)別于直流電路的特性。在交流電路中使用的元件不僅有電阻，而且有電容元件和電感元件，使用的元件多了，現(xiàn)象和規(guī)律就復(fù)雜了。

　　在以下的幾種方案之中，這一種應(yīng)該是目前效率最高，電路成本最低的方式。直接藉由Photo-coupler對一次側(cè)做回溯控制，調(diào)整輸出電壓。相較于其他傳統(tǒng)方案，少一次的switchinglose。將CSpin的電壓固定在0。25V，對6串LED分別做定電流控制。IC會偵測各串FB的位置，將電壓最低那串，也就是Vf總和最高的那串，固定在0。5V。此時由于各串LEDVf值總和的不同，Vf差異所引起多余的電壓會落在MOS上面，造成些許損耗。如果是一般對Vf分BIN過后的LED，損耗應(yīng)該可以控制在2%以內(nèi)。少于一般的switchinglose。若使用LLC架構(gòu)的一次側(cè)，有機會讓整體電源效率接近90%?；诂F(xiàn)階段各LED廠并不傾向提供高功率LEDVf分Bin的服務(wù)。所以必需由用戶自行調(diào)整各串LEDVf的總和，造成大量生產(chǎn)時的困擾。目前此方式較適合對效率有極端追求的方案，特別是一些由省電的多寡來定價的項目。

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　　優(yōu)點：效率高，成本低，

　　缺點：AC輸入，一次側(cè)的設(shè)計較為復(fù)雜，電源效率跟各串Vf的差異有關(guān)。

　　適用于追求高效率的路燈

　　2、DC或電池輸入，對6串LED分別做定電流控制

　　直流電(Direct Current,簡稱DC)，是指方向和時間不作周期性變化的電流，但電流大小可能不固定，而產(chǎn)生波形。又稱恒定電流。所通過的電路稱直流電路，是由直流電源和電阻構(gòu)成的閉合導(dǎo)電回路。直流電所通過的電路稱直流電路，是由直流電源和電阻構(gòu)成的閉合導(dǎo)電回路。在該直流電路中，形成恒定的電場。在電源外，正電荷經(jīng)電阻從高電勢處流向低電勢處，在電源內(nèi)，靠電源的非靜電力的作用，克服靜電力，再從低電勢處到達高電勢處，如此循環(huán)，構(gòu)成閉合的電流線。所以，在直流電路中，電源的作用是提供不隨時間變化的恒定電動勢，為在電阻上消耗的焦耳熱補充能量。

　　多串的升壓結(jié)構(gòu)設(shè)計，LED驅(qū)動的方式與前一種類似，差別在于由原來的AC輸入，改為經(jīng)由adaptor或是電池輸入。Low-sidesense的設(shè)計，只要選擇耐壓夠的MOS，LED可以串到相當多的數(shù)目。相較于前面AC輸入的方案，設(shè)計較為簡單。但由于多了一次升壓的switching，效率相對較低升壓結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，效率對輸出電壓或是LED數(shù)目的變化較降壓為小，所以此架構(gòu)的LED配置較為靈活。LED數(shù)目的變化不易導(dǎo)致輸出電流或效率的改變。適合需任意配置LED數(shù)目的應(yīng)用。

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　　優(yōu)點：設(shè)計簡單，電路成本低;

　　缺點：效率較低，且跟Vf相關(guān);

　　適合需靈活配置LED數(shù)目的多串LED設(shè)計。

　　3、單串降壓結(jié)構(gòu)

　　這應(yīng)該是目前最普遍的方式，設(shè)計簡單，效率也高。有些廠商，仍喜歡用單串的設(shè)計，優(yōu)點是將來維修容易。而且可以做模塊化設(shè)計。不同功率的路燈可以使用相同的燈條，只要更換路燈面板，插上不同數(shù)目的燈條，就可以組合出各種不同功率的路燈。缺點是每一串都需要獨立的電源模塊，成本較高。而降壓的結(jié)構(gòu)，會讓LED的數(shù)目，受限于輸入電壓。

　　例如60V的adaptor,LED最多串到15,16顆，如果要設(shè)計20W的燈條，就需要使用較大電流的LED.此種結(jié)構(gòu)，為了使效率達到最高，要讓輸入電壓盡可能接近輸出電壓。也就是說，必需針對LED的數(shù)目來調(diào)整輸入電壓，或是adaptor的輸出電壓。以10棵LED為例，如果要達到最高效率，就必須把輸入電壓調(diào)到約40V左右。而讓降壓的效率達到96%以上。而如果調(diào)整LED數(shù)目不相對調(diào)整輸入電壓，會對效率造成明顯的影響。

　　參考下圖，可發(fā)現(xiàn)，降壓的效率對輸出入電壓的變化較為明顯，在87%區(qū)域有個穩(wěn)定期。升壓雖然最大值比不上降壓，但整體效率相對穩(wěn)定，在93%區(qū)域有個穩(wěn)定期。

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　　優(yōu)點：降壓結(jié)構(gòu)效率較高，單串設(shè)計，配置較為靈活;

　　缺點：電路成本較高，LED串聯(lián)數(shù)目，受限于輸入電壓，要達到最高效率需適當?shù)恼{(diào)整輸入電壓

　　適合大多數(shù)有固定輸出輸入的路燈。

　　4、單串升壓結(jié)構(gòu)

　　同樣的單串設(shè)計，升壓結(jié)構(gòu)的最大效率會較降壓結(jié)構(gòu)稍低，但是LED串聯(lián)的數(shù)目，不再受限于輸入電壓，而是由MOS來決定。所以可以串聯(lián)較多的LED。由于大多數(shù)的太陽能電池，輸出電壓都不高，因此太陽能路燈，較適合使用升壓結(jié)構(gòu)。而選用電流模式的定電流IC，可以讓輸出電流較不受輸入電壓變化的影響，在電池滿載以及快沒電時，都能讓路燈維持相同的亮度。

　　采用此種方式的設(shè)計，一樣的單串結(jié)構(gòu)，但對LED數(shù)目的配置卻更為靈活。不需要改動任何零件，不只能串更多顆LED。LED數(shù)目的變化對效率以及電流大小的變動也較小。應(yīng)該是本文介紹所有方式里，對LED的配置，，最為靈活的一種。

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　　優(yōu)點：串聯(lián)LED最大數(shù)目不受輸入電壓限制;

　　缺點：電路成本較高，最大效率較降壓結(jié)構(gòu)稍低。

　　適合太陽能路燈，及需要靈活配置LED串聯(lián)數(shù)目的設(shè)計。

　　根據(jù)上面的分析，列出統(tǒng)計表如下，1為最好，4為最差?？梢钥闯?種架構(gòu)，在不同的地方，各有其優(yōu)缺點，應(yīng)該能滿足大多數(shù)路燈或高功率燈具的設(shè)計需求。第一種方式，雖然有機會達到最高的效率。但受限于目前高功率LED不分BIN的影響，較難普及，但隨著LED生產(chǎn)制程的改善，Vf的分布會日漸集中。而當高功率LED的產(chǎn)量，達到分BIN的經(jīng)濟規(guī)模時，這種架構(gòu)應(yīng)該是最適合的。

　　而現(xiàn)在也陸續(xù)有廠商，開始推出多串但各自switching的升壓或降壓IC.他的優(yōu)點是效率被Vf差異所產(chǎn)生的影響較小。但各串會有各自的switchinglose.而系統(tǒng)成本介于文中(1,2)以及(3,4)的方式之間。市場的接受度，尚有待觀察。