集中LED路灯电源的设计和实现

2012-01-29 17:34:47来源: 互联网
随着我国城市化进程的加快,LED路灯以定向发光、功率消耗低、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高、使用寿命长、绿色环保等优势逐渐走入人们的视野、成为目前世界上最具有替代传统光源优势的新一代节能光源,因此,LED路灯将成为道路照明节能改造的最佳选择。

  立锜科技近年来发表了一系列LED照明的驱动IC.也一直关注LED路灯的发展,本文主要是针对几种不同LED路灯的应用,提出适合的架构,并做优缺点的分析。让读者能依自己公司状况以及所设计路灯应用范围的不同,找出最合适的方案。同样的架构,也可用于其他大功率灯具的设计中。

  1、直接AC输入,对6串LED分别做定电流控制

  交流电alternating current ,简称为AC.它的最基本的形式是正弦电流。我国交流电供电的标准频率规定为50赫兹,日本等国家为60赫兹。交流电随时间变化可以以多种多样的形式表现出来。不同表现形式的交流电其应用范围和产生的效果也是不同的。电流随时间的变化规律,由此看出:正弦交流电需用频率、峰值和相位三个物理量来描述。交流电所要讨论的基本问题是电路中的电流、电压关系以及功率(或能量)的分配问题。由于交流电具有随时间变化的特点,因此产生了一系列区别于直流电路的特性。在交流电路中使用的元件不仅有电阻,而且有电容元件和电感元件,使用的元件多了,现象和规律就复杂了。

  在以下的几种方案之中,这一种应该是目前效率最高,电路成本最低的方式。直接藉由Photo-coupler对一次侧做回溯控制,调整输出电压。相较于其他传统方案,少一次的switchinglose。将CSpin的电压固定在0。25V,对6串LED分别做定电流控制。IC会侦测各串FB的位置,将电压最低那串,也就是Vf总和最高的那串,固定在0。5V。此时由于各串LEDVf值总和的不同,Vf差异所引起多余的电压会落在MOS上面,造成些许损耗。如果是一般对Vf分BIN过后的LED,损耗应该可以控制在2%以内。少于一般的switchinglose。若使用LLC架构的一次侧,有机会让整体电源效率接近90%。基于现阶段各LED厂并不倾向提供高功率LEDVf分Bin的服务。所以必需由用户自行调整各串LEDVf的总和,造成大量生产时的困扰。目前此方式较适合对效率有极端追求的方案,特别是一些由省电的多寡来定价的项目。

  

 

  优点:效率高,成本低,

  缺点:AC输入,一次侧的设计较为复杂,电源效率跟各串Vf的差异有关。

  适用于追求高效率的路灯

  2、DC或电池输入,对6串LED分别做定电流控制

  直流电(Direct Current,简称DC),是指方向和时间不作周期性变化的电流,但电流大小可能不固定,而产生波形。又称恒定电流。所通过的电路称直流电路,是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路。直流电所通过的电路称直流电路,是由直流电源和电阻构成的闭合导电回路。在该直流电路中,形成恒定的电场。在电源外,正电荷经电阻从高电势处流向低电势处,在电源内,靠电源的非静电力的作用,克服静电力,再从低电势处到达高电势处,如此循环,构成闭合的电流线。所以,在直流电路中,电源的作用是提供不随时间变化的恒定电动势,为在电阻上消耗的焦耳热补充能量。

  多串的升压结构设计,LED驱动的方式与前一种类似,差别在于由原来的AC输入,改为经由adaptor或是电池输入。Low-sidesense的设计,只要选择耐压够的MOS,LED可以串到相当多的数目。相较于前面AC输入的方案,设计较为简单。但由于多了一次升压的switching,效率相对较低升压结构的设计,在适当的范围内,效率对输出电压或是LED数目的变化较降压为小,所以此架构的LED配置较为灵活。LED数目的变化不易导致输出电流或效率的改变。适合需任意配置LED数目的应用。

  

 

  优点:设计简单,电路成本低;

  缺点:效率较低,且跟Vf相关;

  适合需灵活配置LED数目的多串LED设计。

  这应该是目前最普遍的方式,设计简单,效率也高。有些厂商,仍喜欢用单串的设计,优点是将来维修容易。而且可以做模块化设计。不同功率的路灯可以使用相同的灯条,只要更换路灯面板,插上不同数目的灯条,就可以组合出各种不同功率的路灯。缺点是每一串都需要独立的电源模块,成本较高。而降压的结构,会让LED的数目,受限于输入电压。

  例如60V的adaptor,LED最多串到15,16颗,如果要设计20W的灯条,就需要使用较大电流的LED.此种结构,为了使效率达到最高,要让输入电压尽可能接近输出电压。也就是说,必需针对LED的数目来调整输入电压,或是adaptor的输出电压。以10棵LED为例,如果要达到最高效率,就必须把输入电压调到约40V左右。而让降压的效率达到96%以上。而如果调整LED数目不相对调整输入电压,会对效率造成明显的影响。

  参考下图,可发现,降压的效率对输出入电压的变化较为明显,在87%区域有个稳定期。升压虽然最大值比不上降压,但整体效率相对稳定,在93%区域有个稳定期。

  

 

  

 

  优点:降压结构效率较高,单串设计,配置较为灵活;

  缺点:电路成本较高,LED串联数目,受限于输入电压,要达到最高效率需适当的调整输入电压

  适合大多数有固定输出输入的路灯。

  4、单串升压结构

  同样的单串设计,升压结构的最大效率会较降压结构稍低,但是LED串联的数目,不再受限于输入电压,而是由MOS来决定。所以可以串联较多的LED。由于大多数的太阳能电池,输出电压都不高,因此太阳能路灯,较适合使用升压结构。而选用电流模式的定电流IC,可以让输出电流较不受输入电压变化的影响,在电池满载以及快没电时,都能让路灯维持相同的亮度。

  采用此种方式的设计,一样的单串结构,但对LED数目的配置却更为灵活。不需要改动任何零件,不只能串更多颗LED。LED数目的变化对效率以及电流大小的变动也较小。应该是本文介绍所有方式里,对LED的配置,,最为灵活的一种。

  

 

  优点:串联LED最大数目不受输入电压限制;

  缺点:电路成本较高,最大效率较降压结构稍低。

  适合太阳能路灯,及需要灵活配置LED串联数目的设计。

  根据上面的分析,列出统计表如下,1为最好,4为最差。可以看出4种架构,在不同的地方,各有其优缺点,应该能满足大多数路灯或高功率灯具的设计需求。第一种方式,虽然有机会达到最高的效率。但受限于目前高功率LED不分BIN的影响,较难普及,但随着LED生产制程的改善,Vf的分布会日渐集中。而当高功率LED的产量,达到分BIN的经济规模时,这种架构应该是最适合的。

  而现在也陆续有厂商,开始推出多串但各自switching的升压或降压IC.他的优点是效率被Vf差异所产生的影响较小。但各串会有各自的switchinglose.而系统成本介于文中(1,2)以及(3,4)的方式之间。市场的接受度,尚有待观察。

  

关键字:LED  路灯  电源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2012/0129/article_13953.html
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