1、浅 谈 LED 照 明 电 源 设 计 的 核 心 难 题2013 年 2 月 18 日 14:56:04 来 源 :大 比 特 半 导 体 器 件 网 作 者 ： =在 LED 照 明 电 源 设 计 中 ， 存 在 以 下 几 个 设 计 难 题 ： 电 解 电 容 寿 命 与 LED不 相 匹 配 、 LED 灯 闪 烁 的 常 见 原 因 与 处 理 办 法 、 PWM 调 光 对 LED 的 寿 命 有何 影 响 、 利 用 TRIAC 调 光 调 控 LED 亮 度 的 潜 在 问 题 。 文 中 针 对 这 些 问 题 的 发 生原 因 和 解 决 方 法 展 开 论 述 。电
2、解 电 容 寿 命 与 LED 不 相 匹 配 的 问 题LED 照 明 的 一 个 重 要 的 考 虑 因 素 ， 就 是 LED 驱 动 电 路 与 LED 本 身 的 工 作寿 命 应 该 能 够 相 提 并 论 。 虽 然 影 响 驱 动 电 路 可 靠 性 的 因 素 有 很 多 ， 但 其 中 电 解 电 容 对总 体 可 靠 性 有 至 关 重 要 的 影 响 。 为 了 延 长 系 统 工 作 寿 命 ， 需 要 有 针 对 性 地 分 析 应 用 中的 电 容 ， 并 选 择 恰 当 的 电 解 电 容 。实 际 上 ， 电 解 电 容 的 有 效 工 作 寿 命 在 很 大
3、 程 度 上 受 环 境 温 度 及 由 作 用 在 内 部 阻抗 上 的 纹 波 电 流 导 致 的 内 部 温 升 影 响 。 电 解 电 容 制 造 商 提 供 的 电 解 电 容 额 定 寿 命 是 根据 暴 露 在 最 高 额 定 温 度 环 境 及 施 加 最 大 额 定 纹 波 电 流 条 件 下 得 出 的 。 在 105C 时 典 型 电 容 额 定 寿 命 可 能 是 5， 000 小 时 ， 电 容 所 实 际 遭 受 的 工 作 应 力 相 比 额定 电 平 越 低 ， 有 效 工 作 寿 命 也 就 越 长 。 因 此 ， 一 方 面 ， 选 择 额 定 工 作 寿
4、命 长 及 能 够 承受 高 额 定 工 作 温 度 的 电 解 电 容 当 然 能 够 延 长 工 作 寿 命 。 另 一 方 面 ， 根 据 实 际 的 应 力 和工 作 温 度 ， 仍 然 可 以 选 择 较 低 额 定 工 作 温 度 和 额 定 寿 命 的 电 容 ， 从 而 提 供 更 低 成 本 的解 决 方 案 ;换 个 角 度 说 ， 在 设 计 中 考 虑 保 持 适 当 的 应 力 和 工 作 温 度 ， 可 以 有 效 地 延 长电 解 电 容 的 工 作 寿 命 ， 使 其 更 能 与 LED 寿 命 相 匹 配 。举 例 来 说 ， 安 森 美 半 导 体 符 合
5、“能 源 之 星 ”固 态 照 明 标 准 的 离 线 型 LED 驱动 器 GreenPoint参 考 设 计 选 择 了 松 下 的 ECA-1EM102 铝 电 解 电 容 ， 其 额 定 值为 1000F、 25 V、 850 mA、 2， 000 小 时 及 85C。 在 假 定 50C 环 境 温 度 条 件下 ， 这 电 容 的 可 用 寿 命 超 过 12 万 小 时 。 因 此 ， 尽 力 使 LED 驱 动 电 路 工 作 在 适宜 的 温 度 条 件 并 妥 善 处 理 散 热 问 题 ， 就 能 实 现 LED 驱 动 电 路 与 LED 工 作 寿 命的 匹 配 问
6、题 。总 的 来 看 ， 如 果 LED 驱 动 电 路 中 必 须 使 用 电 解 电 容 ， 那 就 必 须 努 力 控 制 电 容所 受 的 应 用 力 及 工 作 温 度 ， 从 而 最 大 程 度 延 长 电 容 工 作 寿 命 ， 以 期 与 LED 寿命 匹 配 ;另 一 方 面 ， 设 计 人 员 也 应 该 尽 可 能 地 避 免 使 用 电 解 电 容 。LED 灯 闪 烁 的 常 见 原 因 与 处 理 办 法通 常 人 眼 能 够 感 知 到 频 率 达 70 Hz 的 光 闪 烁 ， 高 于 这 个 频 率 则 不 会 感 知 。 故在 LED 照 明 应 用 中 ，
7、 如 果 脉 冲 信 号 出 现 频 率 低 于 70 Hz 的 低 频 分 量 ， 人 眼 就 会感 受 到 闪 烁 。 当 然 ， 在 具 体 应 用 中 ， 有 多 种 因 素 可 能 导 致 LED 灯 闪 烁 。 例 如 ，在 离 线 式 低 功 率 LED 照 明 应 用 中 ， 一 种 常 见 的 电 源 拓 扑 结 构 是 隔 离 型 反 激 拓 扑 结构 。 以 安 森 美 半 导 体 符 合 “能 源 之 星 ”固 态 照 明 标 准 的 8 W 离 线 型 LED 驱 动 器GreenPoint参 考 设 计 为 例 ， 由 于 反 激 稳 压 器 的 正 弦 方 波 功
8、 率 转 换 并 未 给 初 级 偏 置 提供 恒 定 能 量 ， 动 态 自 供 电 (DSS)电 路 可 能 会 激 活 并 引 发 光 闪 烁 。 为 了 避 免 这 个 问 题 ，必 须 使 初 级 偏 置 能 够 在 每 个 半 周 期 部 分 放 电 ， 相 应 地 ， 需 要 恰 当 选 择 构 成 这 偏 置 电 路的 电 容 和 电 阻 的 量 值 。另 外 ， 即 使 是 在 使 用 提 供 极 佳 功 率 因 数 校 正 、 支 持 TRIAC 调 光 的 LED驱 动 应 用 中 ， 也 要 求 电 磁 干 扰 (EMI)滤 波 器 。 由 TRIAC 阶 跃 (ste
9、p)引 起 的 瞬 态电 流 会 激 发 EMI 滤 波 器 中 电 感 和 电 容 的 自 然 谐 振 。 如 果 这 谐 振 特 性 导 致 输 入 电 流 降至 TRIAC 维 持 电 流 之 下 ， TRIAC 将 会 关 闭 。 短 暂 延 时 后 ， TRIAC 通 常 又 会 导通 ， 激 发 同 样 的 谐 振 。 在 输 入 电 源 波 形 的 一 个 半 周 期 内 ， 这 系 列 事 件 可 能 会 重 复 多 次 ，从 而 形 成 可 见 的 LED 闪 烁 。 为 了 应 对 这 个 问 题 ， TRIAC 调 光 的 一 项 关 键 要 求就 是 EMI 滤 波 器
10、 的 输 入 电 容 极 低 ， 且 这 电 容 要 能 够 通 过 TRIAC 及 绕 线 阻 抗 解耦 。 根 据 公 式 ， 调 光 模 块 中 电 容 减 小 的 话 ， 就 能 够 增 大 谐 振 电 路 的 电 阻 ， 原 理 上 就 抑制 振 荡 ， 恢 复 想 要 的 电 路 工 作 。PWM 调 光 对 LED 的 寿 命 有 何 影 响LED 本 身 的 寿 命 很 长 ， PWM 调 光 并 不 会 损 及 LED 的 预 期 寿 命 ;甚 至 由 于PWM 调 光 帮 助 减 小 LED 发 热 量 ， 实 际 上 还 能 帮 助 延 长 LED 预 期 寿 命 。 当
11、 然 ，在 系 统 设 计 中 ， 需 要 有 效 地 检 测 及 控 制 LED 温 度 ， 保 证 LED 可 靠 工 作 ， 体 现其 长 寿 命 和 低 维 护 成 本 的 优 势 。利 用 TRIAC 调 光 调 控 LED 亮 度 的 潜 在 问 题当 前 TRIAC 调 光 是 一 种 颇 受 市 场 欢 迎 的 调 光 方 式 。 TRIAC 调 光 器 最 初 是为 白 炽 灯 设 计 的 ， 但 诸 如 安 森 美 半 导 体 这 样 的 领 先 供 应 商 也 推 出 了 支 持TRIAC 调 光 的 LED 驱 动 器 ， 非 常 适 合 在 LED 照 明 中 提 供
12、 TRIAC 调 光 。 但 这种 方 式 也 有 其 局 限 所 在 ， 如 增 加 电 路 复 杂 性 、 影 响 功 率 因 数 、 调 光 级 别 相 对 有 限 等 问题 。 安 森 美 半 导 体 身 为 应 用 于 绿 色 电 子 产 品 的 首 要 高 性 能 、 高 能 效 硅 方 案 供 应 商 ， 最新 推 出 了 用 于 住 宅 及 商 业 LED 照 明 应 用 的 LED 驱 动 器 NCL30000。 这 器 件 使用 临 界 导 电 模 式 (CrM)反 激 架 构 ， 以 单 段 式 拓 扑 结 构 提 供 高 于 0.95 的 功 率 因 数 ，故 又 省 却 直 流 -直 流 (DC-DC)转 换 段 ， 简 化 了 电 路 。 这 器 件 即 使 在 低 电 平 时 也 提 供极 高 能 效 ， 符 合 各 种 规 范 要 求 及 整 体 系 统 光 效 要 求 。 另 外 ， 这 器 件 兼 容 于 前 沿TRIAC 调 光 器 及 尾 沿 晶 体 管 调 光 器 ， 视 乎 所 用 的 调 光 器 ， LED 光 输 出 可 调 至低 于 2%， 提 供 优 异 的 调 光 性 能 。
