自主創(chuàng)新的市電LED照明自適應(yīng)恒流驅(qū)動(dòng)器
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筆者于多年前進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用LED 的產(chǎn)品領(lǐng)域，見證了LED 照明器件由質(zhì)次價(jià)高到逐漸提高品質(zhì)，從低發(fā)光強(qiáng)度產(chǎn)品向高亮度、超高亮度發(fā)展。隨著相對大的功率和高光效的器件出現(xiàn)，產(chǎn)品價(jià)位也有很大幅度的下降；以至于有可能從顯示及信號燈的應(yīng)用范圍向更廣闊的普通照明應(yīng)用市場拓展，也為從事LED 應(yīng)用的工作者提供了施展能力的基礎(chǔ)。
當(dāng)年面對大規(guī)模應(yīng)用LED 的交通信號燈產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)生了一種思維觀念：認(rèn)為雖然使用的LED 還有許多局限性乃至不足之處，但不能就此無所作為，而應(yīng)該各司其職。作為LED 應(yīng)用產(chǎn)業(yè)不得不考慮的是，在現(xiàn)有器件的水平下如何充分利用好它的潛質(zhì)，也就是說需要深入了解LED 特性、用好LED 。
LED 從本質(zhì)上說是一種電流器件，是通過電流而產(chǎn)生光效；在電特性上又相當(dāng)于一個(gè)穩(wěn)壓管，當(dāng)流過的電流發(fā)生變化，引起兩端電壓的變化是很小的。但是如果外加的電壓比LED 的穩(wěn)壓值稍大些時(shí)，則流過的電流就要發(fā)生很大的變化，所以LED 必須由電流源供電，而且要求恒流。企圖穩(wěn)壓供電再用電阻限流方式，也并非上策；因?yàn)長ED 在工作時(shí)發(fā)熱、老化等致使壓降變化，最后壓差變化了還是要造成工作電流變異。
在人們質(zhì)疑所用的LED 性能或失效率不如人意時(shí)，對LED 的先天不足應(yīng)持客觀的態(tài)度，因?yàn)槿魏问挛锏陌l(fā)展、進(jìn)步都需要有個(gè)過程，更何況現(xiàn)在已顯露出LED 有著不凡的前景。可以先化點(diǎn)精力仔細(xì)檢查并測試一下器件的工作狀態(tài)及生產(chǎn)加工過程。
必須明白LED 是種嬌貴的器件，所以應(yīng)用上總是想從LED 中獲得盡可能多的光通量以降低成本。工作電流往往就接近上限值，但是因電源浪涌，感生電流等即使短期的意外過載都必然會(huì)對器件產(chǎn)生傷害。所以一定要保證必要的電流寬裕度或有嚴(yán)格可靠的保護(hù)措施。
而LED 內(nèi)部的銀膏導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和環(huán)氧封裝等，遇熱脹冷縮環(huán)境不可避免地有應(yīng)力損害，大電流及高溫下也要加劇光衰不能不防。
溫度和散熱條件有時(shí)更可能是致命的殺手，所以生產(chǎn)過程中焊接的溫度和時(shí)間都要控制不得超標(biāo)，隨后的及時(shí)冷卻也致關(guān)重要。因?yàn)橐阌趶囊€散熱，熱阻就做得小，熱量同樣容易從引腳傳入，當(dāng)引腳處理得短時(shí)傳熱更甚；有時(shí)器件失效率的升高往往是焊接過程中疏忽所造成的。
雖有這么多難題要解決，但也不必因此消極氣餒，這可是LED 應(yīng)用工作者發(fā)揮作用的大好時(shí)期。可以看到世界上那么多公司開發(fā)出形形式式的LED 驅(qū)動(dòng)芯片，既體現(xiàn)了業(yè)界精英們的智慧和積極性，也顯示出蓬勃發(fā)展的商機(jī)產(chǎn)生的促進(jìn)力。本來照明產(chǎn)品就有非常大的比例直接在市電電網(wǎng)上使用，所以綠色節(jié)能的市電LED照明將會(huì)有巨大的市場需求潛力。
要推廣LED 在市電照明的應(yīng)用，必須要找出它的特殊性，才有可能達(dá)到事半功倍的效果。與以前成熟應(yīng)用的直流低壓條件不同，市電電壓相對比較高，除了人身安全外還有擊穿、打火的可能。因此驅(qū)動(dòng)器就需有所不同；為了降低驅(qū)動(dòng)的功耗提高照明效率，LED 組件應(yīng)該布置成適合在高電壓小電流下工作，就是要串聯(lián)使用LED 。這和大電網(wǎng)輸電線路要用超高電壓傳送降低損耗有異曲同工的道理。所以串聯(lián)使用許多個(gè)低功率LED ，比使用少量功率型LED更省電（功率型LED其內(nèi)部實(shí)際相當(dāng)于許多低功率LED 芯片并聯(lián)而成）。而且從產(chǎn)品指標(biāo)上也看得出，三個(gè)1W的LED 加起來要比一個(gè)3W的光效增加不少，當(dāng)多個(gè)器件分散布置時(shí)更有利于散熱和降溫，同樣會(huì)提高光效，都支持這種最節(jié)電的設(shè)計(jì)理念。
自主創(chuàng)新源于技術(shù)的經(jīng)歷和累積
發(fā)展市電LED 照明產(chǎn)品，觀念上先要拓寬，僅模仿過去的產(chǎn)品改頭換面不會(huì)有出路，要替代白熾燈就想將LED 和驅(qū)動(dòng)電路塞進(jìn)燈泡里，要做成日光燈就忘不了那根細(xì)長的管子。
太仿真了就成不了真，拘泥于舊形式就創(chuàng)不出新局面。要沿用白熾燈的羅口標(biāo)準(zhǔn)沒有錯(cuò)，但不妨將燈罩也一起設(shè)計(jì)上去，使用 一點(diǎn)工程塑料就可將多個(gè)LED 和驅(qū)動(dòng)電路分散布置得很好，就可創(chuàng)造出自然通風(fēng)散熱的環(huán)境。帶個(gè)塑料燈罩的LED 照明燈增加不了多少成本，卻能為LED 安全、穩(wěn)定使用和光照分布的滿意度起到?jīng)Q定性的作用。
至于日光燈主要是天花板頂部照明器具，何苦總要做成長條形，完全可順其自然做成所需要的『面積照明』 。那時(shí)散熱性、照度均勻性等問題都會(huì)迎刃而解。
而作為市電還有其交流方面的特殊性能，作者三十幾年前因?yàn)椴粷M足鎢絲二極管傳感器加電抗器控制的交流穩(wěn)壓器的性能，研究過一種應(yīng)用前饋技術(shù)的精密交流穩(wěn)壓器電路，雖沒有機(jī)會(huì)形成產(chǎn)品卻對市電有過一番琢磨。幾年前又發(fā)散了一下思維，研究出市電自適應(yīng)恒流驅(qū)動(dòng)LED 的原理，創(chuàng)造了獨(dú)特的使用市電的LED 照明控制電路專有（專利）技術(shù)。詳情見專題論述。
這里簡言之，就是利用市電的特性，在直接驅(qū)動(dòng)LED 照明器具時(shí)，使之能適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而始終保持在設(shè)定的恒流狀態(tài)。
最近看到NXP 公司推出了據(jù)稱是世界首款集成可調(diào)光市電LED 驅(qū)動(dòng)器SSL2101 。經(jīng)過比較之后，發(fā)覺所創(chuàng)造的市電自適應(yīng)控制電路，比SSL2101 要簡單得多。簡單到芯片內(nèi)總共只需集成十多個(gè)低功耗的通用二極管、雙極型晶體管。無需專門的Vcc 電源，不用變壓器、電感線圈等，直接使用220V市電并可立即驅(qū)動(dòng)LED ，除了有手動(dòng)調(diào)光功能外，還能極方便地自動(dòng)調(diào)光。
已制成用121 個(gè)LED 的晚上可自動(dòng)降低發(fā)光亮度的，符合歐洲節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的交通信號燈樣品，還做成可根據(jù)環(huán)境光亮度，在白天關(guān)閉、夜間自動(dòng)點(diǎn)亮的用16個(gè)LED 組成的照明燈。在市電180V～250V工作范圍內(nèi)，做到約1 ％的恒流穩(wěn)定度，二年后測試仍保持不變。說明在市電應(yīng)用中，市電自適應(yīng)LED 恒流驅(qū)動(dòng)器，無論在LED 使用的個(gè)數(shù)上或者對自動(dòng)調(diào)光的方式上都能游刃有余，在性能、成本上比SSL2101 有獨(dú)到的地方。
市電自適應(yīng)LED 恒流驅(qū)動(dòng)器芯片引腳見圖1 ，典型應(yīng)用框圖如圖2、圖3 所示。
圖中的驅(qū)動(dòng)芯片還沒有廠投產(chǎn)故未標(biāo)型號，作者先用分立器件模塊代替。但是顯而易見，那些通用的小功率晶體二極管、三極管，在IC生產(chǎn)廠都可以很容易地集成出來。圖2中RV1 用來調(diào)節(jié)恒流值，即燈光亮度。RV2用來調(diào)整照明燈開啟和關(guān)閉時(shí)的環(huán)境光亮度的閾值。圖3 中的RV1 用來調(diào)整交通信號燈的工作電流值，圖中RB為感光后起自動(dòng)調(diào)節(jié)作用的光敏電阻。外圍電路只用不到十個(gè)的低功耗電阻和四個(gè)低壓電容器。圖7 、圖8 、為已制作成的樣品外形圖。
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