Kaip pasirinkti didelės ir mažos galios LED apšvietimo sprendimus
Nesvarbu, ar tai didelės galios, ar mažos galios LED apšvietimo programos, jį paprastai sudaro maitinimo šaltinis, LED tvarkyklė, LED, objektyvas ir substratas. Pagrindinis komponentas yra šviesos diodų tvarkyklė, kuri turi užtikrinti pastovią šviesos diodo skleidžiamos šviesos išėjimą. Jis nemirks ir neblunka, nesukels šviesos diodų spalvų. Paprastai jis priima 24V-48V nuolatinės įtampos įvestį, tačiau taip pat yra keletas pažangių LED tvarkyklių, kurios gali tiesiogiai priimti 220V kintamosios srovės įvestį.
Pagrindiniai LED apšvietimo sprendimų projektavimo iššūkiai apima šiuos aspektus: šilumos išsklaidymas, didelis efektyvumas, maža kaina, pritemdymas be mirgėjimo, plataus diapazono pritemdymas, patikimumas, saugumas ir spalvų pašalinimas. Šiuos iššūkius reikia išspręsti visapusiškai taikant tinkamą elektros energijos sistemos topologiją, pavaros elektros topologiją ir mechaninę konstrukciją.
Liang Houquan, Azijos ir Ramiojo vandenyno diodų technologijų rinkodaros direktorius, pažymėjo:&"; Dizaineriams didžiausias techninis iššūkis bus aukšti efektyvumo reikalavimai, optinis dizainas, šilumos valdymas ir tam tikrų programų, pvz. ryškumo LED gatvės žibintai. Dabar siūlome seriją LED apšvietimo sprendimų, skirtų naudoti nuo 0,1 W iki 250 W."
LED fluorescencinių lempų programa&"; Taikant LED apšvietimo programų sistemą, be tinkamų LED gaminių pasirinkimo, visas LED apšvietimo programos dizainas taip pat apima optinį dizainą, šiluminį dizainą, gaminio dizainą ir elektros pavaros dizainą. Kadangi šviesos diodai yra žemos įtampos įrenginiai, aukštos įtampos kintamosios srovės maitinimo šaltinio konvertavimas į žemos įtampos nuolatinės srovės tvarkykles, skirtas šviesos diodams, susidurs su daugybe iššūkių." Zheng Qian, „ON Semiconductor China“ vyresnysis taikymo vadovas, nurodė:&"Be to, norint gauti šviesos diodų apšvietimo pranašumų, šviesos diodų elektros tvarkyklės turi būti patikimos ir didelės efektyvumo, saugios ir nebrangios. Todėl skirtingoms LED apšvietimo programoms pirmiausia turite pasirinkti tinkamą vairavimo elektros topologiją." „ON Semiconductor“ dabar gali pasiūlyti visus LED apšvietimo sprendimus, kurių galia svyruoja nuo 1W iki 500W.
Siekdama greitai paskatinti šviesos diodų apšvietimo sprendimų rinkos kilimą, „National Semiconductor Corporation“ (NSC) neseniai siekė sukurti labai didelę tiesioginę kaitrinių lempų pakeitimo rinką, tai yra tiesiogiai pakeisti kaitrines lempas esamuose namuose ar kitose taikomųjų rinkų rinkose. Šviesos diodų lempos ir pristatytas Šiai rinkai buvo sukurtas tiesioginio maitinimo įvesties LED tvarkyklės lustas LM3445.
Tačiau NSC Azijos ir Ramiojo vandenyno energijos valdymo produktų rinkodaros vadovas Wu Zhiminas sakė:&"Kaitrinės lempos buvo prieinamos daugelį metų. Daugelį metų nepakitusių techninių standartų mūsų namų apšvietimo sistemos laikosi daugelį metų nepakitusių techninių standartų. Situacijos negalima pakeisti per naktį. Pavyzdžiui, dėl tokių problemų, kaip šilumos išsklaidymas ir apšvietimo kampai, originalios senojo stiliaus lemputės ar įtaisai netinka LED lemputėms montuoti. Tačiau, be techninių problemų, dėl ekonomiškumo LED lemputės tampa neįmanomos. Didžiausia populiarumo priežastis. Volframo kaitinamosios lemputės ir neoniniai vamzdžiai kainuoja apie 0,6–0,7 USD/Klm, tačiau dabartinė LED lempų kaina vis dar siekia 40–50 USD/Klm."
Kaip minėta aukščiau, kadangi šviesos diodų lempą turi būti galima įmontuoti į originalų seną lizdą, šilumos išsklaidymas yra didelė problema, kurią reikia įveikti. Tačiau griežtai tariant, tai galima išspręsti naudojant mechaninės inžinerijos technologiją. Šviesos diodų sistemų gamintojų pareiga yra sunkiai dirbti kuriant naujas technologijas, siekiant maksimaliai padidinti šviesos diodų ryškumą (tai yra liumenų, pagamintų vienam galios vienetui). Wu Zhiminas užtikrintai sakė:&"; Mes galime pateikti efektyviausią LED tvarkyklę, kad būtų užtikrintas kuo mažesnis visos apšvietimo sistemos šilumos išsklaidymas."
Palyginti didelė šviesos diodų kaina yra pagrindinė kliūtis, kurią LED apšvietimo rinkai vis dar sunku pakelti dideliu mastu. Pavyzdžiui, Aleksandras Sommeris, „Infineon Technologies Co., Ltd.“ Energijos valdymo verslo padalinio produktų rinkodaros direktorius, sakė: „Tipiškiausios šviesos diodų apšvietimo programos, kurių galia mažesnė nei 25 W, yra ženklų lempos, ženklų lempos ir alternatyvios standartinės kaitrinės lempos bei halogeninės lempos. Palyginti su fluorescencinių ir kaitrinių lempų technologija, pradinė LED kaina vis dar yra pagrindinė kliūtis patekti į masinę rinką."
„Cytech“ produktų ir dizaino inžinierius Xu Ruibao taip pat sutinka, kad pagrindinis komercijos iššūkis yra kaina. Jis sakė:&"; Šiuo metu įvairaus galingumo LED apšvietimo sistemas galima pasiekti elektra. Techninis iššūkis kyla dėl galutinių taikomųjų programų, pavyzdžiui, pritaikymų automobiliuose, reikalavimų, kuriuose turi būti atsižvelgiama į optinį dizainą ir bendrą šilumos išsklaidymo dizainą. Komercinis diegimas Iššūkį daugiausia lemia šviesos diodų kaina."
Šilumos išsklaidymo aspektai projektuojant LED apšvietimą
LED apšvietimo schemų sistemos, kurių galia mažesnė nei 25 W, paprastai yra skirtos tokioms programoms kaip skaitymo stalo lempos, koridoriaus žibintai, svetainės prožektoriai, namų valgomojo lempos, naktinės lempos ir kt. patalpinti Projektavimo erdvė yra palyginti maža, todėl ilgą laiką naudojant pakuotę, temperatūra gali būti labai aukšta. Kadangi vargu ar dizaineris į jį sumontuos aušinimo ventiliatorių, jo aušinimo dizainas tampa labai svarbus ir svarbus.
& "Dauguma mažos galios LED apšvietimo programų, kurių galia mažesnė nei 25 W, reikalauja tam tikro miniatiūrizavimo. Tai dažnai lemia didesnį galios tankį, nors energijos suvartojimas nėra didelis. Patobulintos mechaninės konstrukcijos turi užtikrinti tinkamas šilumos išsklaidymo valdymo priemones. Be to, didelis elektros efektyvumas padeda sumažinti energijos suvartojimą “. AlexanderSommer pažymėjo: „Jei reikia dar labiau sumažinti šiluminę varžą, tai galima padaryti naudojant elektros izoliaciją, nes taip galima pasiekti aukščiausią šilumos perdavimo efektyvumą. Šie metodai taip pat leidžia optimizuoti šviesos srautą."
Kitas būdas išvengti šviesos diodo perkaitimo ilgą laiką yra pritemdyti. „Fairchild Semiconductor“ aukštos įtampos IC produktų rinkodaros vadovas SangCheolHer sakė: „Palyginti su fluorescencinėmis ir kaitrinėmis lempomis, pritemdančių sprendimų naudojimas yra svarbus būdas sumažinti LED energijos suvartojimą. Šis sprendimas įgyvendinamas pritemdant valdiklius. Ypač mažesnėms nei 25 W galioms Dėl mažo PCB dydžio ir ribotos pakuotės vietos šilumos išsklaidymo problema yra neišvengiama įmonės LED tvarkyklės sprendimui, todėl šis sprendimas yra dar svarbesnis."
Tiesą sakant, šiame galios diapazone LED apšvietimas pakeis halogenines lempas ir kompaktiškas liuminescencines lempas (CFL). Be to, norint atsikratyti šilumos išsklaidymo problemos, pažangios technologijos turi pašalinti pasyvius komponentus, tokius kaip elektrolitiniai kondensatoriai, jautrūs temperatūros pokyčiams. Tačiau dauguma dabartinių šviesos diodų tvarkyklių sprendimų yra kilę iš maitinimo šaltinio topologijos ir yra pagrįsti tuo, todėl reikėtų atsižvelgti į temperatūros diapazoną, nes bendri produktai paprastai yra pagrįsti komerciniais standartais, tačiau jie turi sugebėti prisitaikyti prie atšiaurių pramonės šakų, tokių kaip kaip pramonės šakos.
LED apšvietimo schemos dizaino architektūros pasirinkimas
LED apšvietimo sprendimų sistemos architektūros pasirinkimas priklauso nuo to, ar jūsų dizaino tikslas yra maža kaina, didelis efektyvumas ar minimalus PCB plotas. Apskritai, mažesnėms nei 25 W LED apšvietimo sistemoms nereikia koreguoti galios, todėl galima pritaikyti paprastesnę topologiją, pvz., PSR arba „Buck“. 25W-100W LED apšvietimo programoms reikalinga galios korekcija, todėl paprastai naudojama vieno pakopos PFC, kvazirezonansinė (QR) PWM arba atbulinės eigos topologija. LED apšvietimo programose, kurių galia didesnė nei 100 W, paprastai naudojama efektyvesnė LLC topologija ir dviejų pakopų PFC.
& "; Esant 25 W galios LED apšvietimo sprendimams, gali būti naudojama PSR arba„ Buck "topologija, nes šis galios diapazonas daugiausia skirtas mažoms konstrukcijoms, pabrėžiant dizaino paprastumą. Vidutinės galios sprendimas (25W-100W) tinka vieno pakopos PFC, kvazirezonuojančiam (QR) PWM, „flyback“ topologijai." SangCheolHer sakė:&"; Didelės galios sprendimai (didesni nei 100 W) tinka LLC, QRPWM,„ flyback “topologijos projektavimui. Efektyvumo požiūriu LLC ir QR veikimas yra geresnis; ir PSR schema nereikalauja antrinio grįžtamojo ryšio, yra paprastos konstrukcijos ir mažesnio dydžio nei kitos schemos."
Zheng Qianas taip pat sakė: „Mažesnės nei 25 W galios LED lempos dažniausiai naudojamos patalpų apšvietimui ir dažniausiai naudojamos nebrangios„ flyback “topologijos. ON Semiconductor NCP1015 ir NCP1027 monolitinės konversijos integriniai grandynai integruoja įmontuotus aukštos įtampos MOSFET ir PWM valdiklius. Tai gali veiksmingai sumažinti PCB plotą ir lempos garsumą bei užtikrinti maksimalią 25 W galią (230 VAC įvestis)."
& "; Neišskiriamose LED apšvietimo programose, kurių galia mažesnė nei 25 W, jei įvesties ir išvesties konversijos santykis yra mažas, paprastas mažinimo keitiklis gali būti nebrangus ir nedidelės apimties pasirinkimas. Atskiroje topologijoje, kur svarbu efektyvumas, naudokite „Ling CoolSETICE2QS“ serijos įrenginių kvazibalsišką atbulinės eigos topologiją." - sakė Aleksandras Sommeris. „Infineon“ yra pirmasis tiekėjas, pateikęs skaitmeninius beveik rezonansinius atbulinės eigos valdymo IC.
Įprastos 25W-100W galios LED apšvietimo programos yra gatvių apšvietimas (bendruomenės keliai) ir viešosios vietos, pvz., Automobilių stovėjimo aikštelės. Energijos konversijos efektyvumas, ekonomiškas PFC funkcijos įgyvendinimas ir aukšta spalvų kokybė dabar yra trys svarbiausi techniniai iššūkiai. Pavyzdžiui, komercinio apšvietimo ir gatvių apšvietimo srityse ilgesnis tarnavimo laikas ir dėl to mažesnės išlaidos padeda įveikti kliūtis patekti į didesnes pradines išlaidas. LED apšvietimo programoms nuo 25W iki 100W keliami galios koeficiento reikalavimai, todėl galios koeficiento korekcijos galią reikia padidinti.
& "; Tokia elektros energija gali pritaikyti tradicinę dviejų pakopų struktūrą, tai yra, aktyvaus nepertraukiamo režimo galios koeficiento korekcijos (PFC) elektros energiją ir DC-DCPWM konversijos elektros energiją, pvz., ON Semiconductor' s galios koeficiento korekcijos valdiklis NCP1607, periferinė NCP1607 elektra yra labai paprasta ir gali užtikrinti gerą našumą." Zheng Qian sakė:&"Siekiant didelio efektyvumo, nebrangių ir mažos apimties šviesos diodų sprendimų, verta rekomenduoti vieno etapo PFC grandinę, kuri vienu metu gali pasiekti galios koeficientą ir izoliuotą žemos įtampos nuolatinę išvestį, ir turi reikšmingą išlaidų pranašumą, tikrai taps pagrindiniu vidutinės galios LED apšvietimo sprendimu. ON Semiconductor NCP1652 yra optimalus valdymo sprendimas, leidžiantis realizuoti vienpakopę PFC galią."
„Shenzhen Shiqiang Telecom“ naudoja „SiliconLabs“' C8051F3 serijos 8 bitų MCU PFC įdiegimui programinėje įrangoje. Bendrovės rinkodaros vadovo padėjėjas Huangas Sunfengas sakė: „Mes sukūrėme visiškai skaitmeninį LED apšvietimo sprendimą, skirtą buitiniam elektros tinklui (180V-260V) įvesti 10W-30W mažos galios LED apšvietimo programas, kurias galima valdyti programine įranga, kad būtų pasiekta PFC vertė. iki 0,95. Su aparatine įranga Palyginti su PFC, šis programinės įrangos sprendimas turi didesnį lankstumą, pritaikomumą ir atnaujinamumą pagal tą patį našumo indeksą." Šiame sprendime naudojama šviesos diodų tvarkyklė MIC3230 turi maksimalią 350 mA išėjimo srovę ir gali valdyti iki 12 A 1 W šviesos diodą, kuris gali patenkinti patalpų apšvietimo poreikius.
Aleksandras Sommeris sakė:&"; 25W-100W galios LED apšvietimo programoms, kurioms reikalingas efektyvumas ir našumas plačiame įvesties ir (arba) apkrovos diapazone (pvz., Pritemdymas), naudojama beveik rezonansinė atbulinės eigos topologija su PFC pakopa. Paprastai efektyvumas gali siekti iki 90%."
Naudojant didesnę nei 100 W galios sritį, yra pagrindinio kelio ir greitaeigis viešasis apšvietimas (kai reikalingas iki 20 K liumenų ar didesnis ryškumas ir 250 W galios) ir profesionalus pritaikymas, pvz., Scenos apšvietimas ir architektūrinis prožektorius. Pagrindinė šviesos diodų naudojimo didelio galingumo programose varomoji jėga yra mažos nuosavybės išlaidos dėl patikimumo ir mažos energijos sąnaudos. Pavyzdžiui, jos sistemos efektyvumas yra panašus į metalo halogenido ir žemo slėgio natrio lempas. Pradinis sąnaudų palyginimas gali ir toliau trukdyti patekti į šią rinką per trumpą laiką.
Zheng Qian pažymėjo:&"; Jei LED lempos yra didesnės nei 100 W, mes naudosime tradicinę aktyvaus nepertraukiamo režimo galios koeficiento korekcijos grandinę ir pusiau tilto rezonansinę DC-DC keitimo grandinę. Mes pristatėme naujo tipo integruotą valdiklį, kuriame integruotas aktyvaus nepertraukiamo režimo galios koeficiento valdiklis ir pusiau tilto rezonansinis valdiklis su aukštos įtampos pavara."
Pusiau tilto rezonansinis valdiklis veikia fiksuotu perjungimo dažniu ir fiksuotu darbo ciklu, o grandinei nereikia grįžtamojo ryšio valdymo išėjimo pusėje. Dėl to pusiau tilto rezonansinis DC-DC keitiklis veikia efektyviausiose ZVS ir ZCS būsenose. Nuolatinės srovės išėjimo įtampa lydės galios koeficiento korekcijos grandinės išėjimą.
Aleksandras Sommeris pabrėžė: „Naudojant didesnės galios LED apšvietimą virš 100 W, efektyvumas tampa svarbesnis. Naudojant LLC rezonansinę topologiją, ji gali pasiekti daugiau nei 90%efektyvumą. Mes naudojame naują „Infineon“ 8 kontaktų įrenginį ICE1HS01."
Nepriklausomai nuo LED apšvietimo sprendimų sistemos išėjimo galios, šviesos diodų tvarkyklės galios pasirinkimas daugiausia priklausys nuo įėjimo įtampos diapazono, bendros pačios LED eilutės įtampos kritimo ir srovės, reikalingos šviesos diodui valdyti. Dėl to atsirado daugybė skirtingų galimų LED tvarkyklių topologijų, tokių kaip „buck“, „boost“, „buck-boost“ ir „SEPIC“.
Tony Armstrongas, „Linear Technology“ energijos produktų skyriaus produktų rinkodaros direktorius, pabrėžė: „Kiekviena topologija turi savo privalumų ir trūkumų. Tarp jų, paprasčiausias ir lengviausias sprendimas yra standartinis sumažinimo keitiklis. -„Boost“ keitikliai yra antri, o SEPIC keitikliai yra sunkiausiai įgyvendinami. Taip yra todėl, kad joje naudojami sudėtingi magnetinio projektavimo principai ir reikalaujama, kad dizaineriai turėtų puikių perjungimo režimo maitinimo šaltinių projektavimo patirties."
Trumpai tariant, galutinio produkto taikymas nustato topologinę šviesos diodo struktūrą, o tada pagrįstai pasirinkite „Buck“, „Boost“, „SEPIC“ arba „Buck-Boost“ struktūrą pagal šviesos diodo topologinę struktūrą ir įvesties maitinimo šaltinį.&"Paprastai tariant, naudojami daugiau nei 25 W talpos. Galingesni linkę rinktis „Boost“ struktūrą. Kalbant apie efektyvumą, abu gali pasiekti daugiau nei 85%, o LT3755 gali pasiekti iki 97% efektyvumą. Apsvarstykite važiavimo dalį. Apskaičiuojant BOM, reikėtų atsižvelgti į bendrą sistemos kainą “. Xu Ruibao sakė: „Didėjant konkurencijai, visada bus mažesnių KS išlaidų sprendimų, tačiau jie gali būti ne patys tinkamiausi. Mes nekuriame gaminių pagal šį standartą. PCB sritį daugiausia kontroliuoja pagrindiniai komponentai. Mažos galios LED žibintai turėtų būti kiek įmanoma labiau integruoti. Didelės galios sprendimas turėtų pasirinkti produktus, turinčius didelę techninę integraciją ir paprastą išorinę galią. Čia aptariamas DC-DC sprendimas."
Liang Houquan taip pat nurodė:" Norint pasiekti aukštus efektyvumo reikalavimus, reikėtų apsvarstyti jungiklių režimo LED tvarkykles. Dauguma šių klientų mieliau renkasi žemesnio lygio LED tvarkykles, nes bendras efektyvumas yra didesnis. Jei manote, kad mažiausia BOM kaina, jungiklių LED keitikliai nėra pigiausi. Tokie klientai gali bandyti naudoti linijinės nuolatinės srovės šviesos diodų tvarkykles. Tai gali užtikrinti mažiausią BOM kainą, tačiau efektyvumas gali būti ne toks didelis kaip jungiklio režimo LED tvarkyklės. Pavyzdžiui, iš mažiausio PCB plokštės ploto Atsižvelgiant į perspektyvą, dažniausiai pasirenkami jungiklio režimo keitikliai, nes jie išskiria mažiau šilumos ir netgi susiję komponentai bus mažesni."
Analoginiai, PWM ir TRIAC apšvietimo sprendimai
Šviesos diodų pritemdymo sprendimai ir specifikacijos nuolat keitėsi ir iki šiol nebuvo ištaisyti, todėl dabar yra PWM, analoginis ir tiristorius (TRA
