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需要大量LED的路燈照明方案

—— 需要大量LED的路燈照明方案,第I部分:系統(tǒng)需求和現(xiàn)有解決方案
作者: 時(shí)間:2010-10-23 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

  使用單個串聯(lián)串

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/113801.htm

   光線輸出主要與正向電流成正比。為了確保光線輸出的在給定數(shù)量 內(nèi),最簡單的解決方案是將 全部串聯(lián)。這種單個串聯(lián)串解決方案存在的主要問題是,只要其中一個 LED 故障開路,就會讓整個燈熄滅?,F(xiàn)在 LED 已經(jīng)變得更堅(jiān)固耐用,許多 LED 具有反并聯(lián)奇納二極管或閘流晶體管,可將潛在的開路故障轉(zhuǎn)換成類似于短路的情況。對于沒有內(nèi)置 保護(hù)功能的LED,現(xiàn)在很多電子器件制造商可以提供與每個 LED 反并聯(lián)的分離式硅控整流器 (SCR) 鉗位。既然開路故障可以強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成類似于短路的故障,因此不必?fù)?dān)心單個器件會導(dǎo)致整個燈出現(xiàn)問題,取而代之的,新的關(guān)注點(diǎn)在于判斷多少個 LED 發(fā)生故障會導(dǎo)致整個燈泡的維修。圖 1示意了使用 LM3409/09HV 降壓 LED 驅(qū)動器的高可靠性單串系統(tǒng)。

  對單串解決方案而言,更為重要的是總驅(qū)動電壓 VO值。氮化銦鎵技術(shù)的改進(jìn)之處是使 1W LED 的正向電壓接近于 3.0V,但經(jīng)過正向電壓盒的分配后,每個器件3.3V的 VF 是合理的預(yù)估值。將 50 個這樣的 LED 串聯(lián)在一起,總驅(qū)動電壓 為VO = n × VF 即 165V。可接受的最大 VO值主要取決于 IEC、UL 或 VDE 等安全標(biāo)準(zhǔn)。例如,為了滿足安全性超低電壓IEC 規(guī)格,系統(tǒng)必須具有變壓器隔離的輸出,且次級系統(tǒng)上的最大直流電壓值必須小于 120V。所有可用的燈都會享有 SELV 認(rèn)證所帶來的巨大好處,因此,LED 驅(qū)動設(shè)計(jì)師通常會因較高的 VO 而放棄單串解決方案,并忽視可確保每個 LED 的驅(qū)動電流都相同的好處。

  串并聯(lián)

  當(dāng)需要具有限定次級電壓的隔離式系統(tǒng)時(shí),唯一的選擇是采用多個 LED串。雖然該系統(tǒng)試圖采用一個大的電流源(如圖 2 中所示)或增加串聯(lián)功率電阻器(如圖 3 中所示),但這些都不是適用于路燈的解決方案,因?yàn)樗鼈儫o法確保不同串之間的驅(qū)動電流相等。圖 4 所示的交叉連接有時(shí)被視為平衡電流,及/或在發(fā)生開路故障時(shí)避免一整串燈變暗的有效方式,但這也僅僅是使每行 LED 的電壓保持為鉗位值。經(jīng)過進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn),交叉連接仍然無法使電流相符,也無法避免任意的 LED開路或短路時(shí)會出現(xiàn)的進(jìn)一步不平衡的狀況。

  不平衡的電流會產(chǎn)生不平衡的熱量,從而導(dǎo)致消耗過多電流的LED 的發(fā)光功效立即降低,并使其快速退化。LED 路燈必須產(chǎn)生光束模式為 Y 的 X 個流明數(shù),且必須能正確工作數(shù)年之久。確保系統(tǒng)不只在第 1 天更能在隨后的五年或 50,000 小時(shí)后仍能產(chǎn)生正確數(shù)量的光線的唯一方法是令每個LED串都有一個控制電流源。

  多個降壓穩(wěn)壓器

  在開關(guān)穩(wěn)壓器當(dāng)中,降壓穩(wěn)壓器是有口皆碑的,因?yàn)樗焐瓦m合用作電流源。降壓穩(wěn)壓器也是最簡單、最便宜且最省電的傳統(tǒng)硬開關(guān)式拓樸結(jié)構(gòu),且很多不同的廠商都提供了從控制 IC 到完整模塊的不同功率等級和配置的降壓穩(wěn)壓器 LED 驅(qū)動器。具有多串 LED 的大功率 LED 驅(qū)動系統(tǒng)的傳統(tǒng)解決方案,是為每串LED安裝降壓穩(wěn)壓器(如圖 5 所示)。由于降壓穩(wěn)壓器只能降低輸出電壓,因此只要使降壓穩(wěn)壓器的輸入電壓低于所需的閾值,即可確保在次級上獲得最大的直流電壓。由于早前在電信領(lǐng)域的普及以及常見的 60V DC的次級限制, 48V DC 是目前流行的輸入電壓值。這同時(shí)也為每串 12 個串聯(lián)的氮化銦鎵 (InGaN)LED,提供了介于最小輸入電壓和最大輸出電壓(LED 串電壓)之間合適的閾值。

  為每串 LED 安裝降壓穩(wěn)壓器的好處是能保證各串之間的電流相符,這對于要求較長使用壽命的高質(zhì)量系統(tǒng)至關(guān)重要。每個降壓穩(wěn)壓器均可通過 PWM 或線性調(diào)整 LED 電流來單獨(dú)調(diào)節(jié)光暗。部分降壓 LED 驅(qū)動器具有故障報(bào)告功能,所有降壓穩(wěn)壓器均可設(shè)計(jì)成在一定的輸出電壓范圍下提供較高的功率效率。如果發(fā)生故障,每個降壓穩(wěn)壓器均可向系統(tǒng)微控制器報(bào)告,在保持其他降壓穩(wěn)壓器繼續(xù)工作的情況下,可以關(guān)閉一個或多個降壓穩(wěn)壓器。



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