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多样化、智能化应用适应LED照明的飞速发展
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灯具, 节能灯, LED照明, 日光灯, 荧光灯, ...
LED灯具的故障率一直以来都是市场应用中比较突出的问题。以当前市场推广中的一个热点——室内照明应用为例,这类普通民用市场有其固有的需求特点,如中小功率、分散性强、工作时间和环境不确定等等,为了确保产品在任意场所中都能达到一致的体验和效果,满足广大用户的期望,就必须要对LED照明灯具的可靠性和耐用性提出更为严苛的要求。而在室外照明方面,大功率LED灯具的故障率直接关系到高昂的应用成本和维护费用,也是时下阻碍LED照明在这一领域大面积普及的一个重要因素。

从灯具的整体结构来看,要控制LED灯具的故障率,60%需要从驱动电源着手,驱动电源是LED灯具内部较为复杂,也是目前在应用中发生故障率较高的部件。对于引起LED驱动电源故障率的主要原因,大多数厂商认为可以从内部零件和外部环境这两方面来加以分析。内部零件指的是零件温度与零件规格馀量;外部环境则是指温度与电压突波、电压变化等等,要解决这些问题,就要求LED驱动电源厂商在进行产品开发时能够实际了解使用环境,制定出合理的LED驱动设计准则,并依此验证所有的新产品。

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图1:通过先进的驱动控制方式来提高集成度、智能度,以使外围线路做到最简单,
从而提升LED驱动电源的整体可靠性

明纬广州电子有限公司研发副总经理彭希和表示,在目前LED驱动电源的电路设计上,大部分厂商采用的方式主要有高压单路、中压多路或低压COB等,各家方案大同小异,成本也大致相同,不同的是对零件质量的坚持、对制造品质的坚持,作为驱动电源厂商,要有能力判断客户的方案设计是否合理,明确取舍,这样才能将研发资源发挥到最大的效益。

根据目前LED照明应用的大致分类,LED驱动电源又可分为通用照明用驱动电源(室内照明驱动;路灯、隧道灯照明驱动等),以及景观和庭院照明驱动电源这两大类。从未来照明应用趋势及驱动电源市场的需求来看,业内更多倾向于驱动电源在高集成度、模块化、智能控制等方面的开发,目的是提供行之有效和性价比更优的解决方案,力争适应现阶段LED照明应用的飞速发展。

创新设计提高电源可靠性

在驱动IC部分,目前大多数厂商开发的重点是从驱动控制IC方案设计、优化和整合的角度出发,通过先进的驱动方式(如:线性高压方案替代阻容降压、兼顾PF值和纹波的一级半APFC方案等等)来提高集成度、智能度,以使外围线路做到最简单,而更少的元器件也会令到故障率更低,从而提升驱动电源的整体可靠性。

彭希和分析道,为了解决LED驱动电源的不良率问题,一些设计希望能避开LED驱动部分,例如AC LED、单串分段点亮、无电解电源等,但这些方案除了在某些特定的应用中有一定的功效之外,最终还是会回到LED驱动电源的创新设计上,最近两年业界也出现了很多新的方案来提高效率和减少零件数量,基本架构也大致相同,毕竟LED还很脆弱,必须要由驱动电源来加以保护,以免受到外力的破坏。

对于目前业内日益高涨的去除/减少电容器件的需求呼声,矽力杰半导体技术(杭州)有限公司董事长&CEO陈伟认为,单纯从技术角度来看,电容的寿命是LED驱动电源寿命的一个主要瓶颈,减少电容器件的使用已成为LED驱动电源开发的趋势之一,但是降低成本和提高可靠性要综合LED灯具整体来考虑,例如电容器件的寿命是通过Derating(降额)的使用来获得;另外磁性元件的人工成本一直高居不下,如何减少磁性元件的成本也需要考虑在内。提高驱动电源的集成度,可以减少驱动电源外围器件的数量,这样除了降低LED电源的成本外,也能很好地解决散热问题,大大降了低故障率。厂商在开发时需要依据市场需求,在驱动性能、成本不受影响的情况下,不断推出与LED最佳匹配的技术方案。

“从根本上来说,还是要从驱动机理上做创新,而不仅仅是停留在优化的阶段,”深圳市长运通光电技术有限公司董事长古道雄进一步指出,“LED是一个恒流型驱动器件,驱动电源要匹配好,就要用适合LED的驱动机理,正是基于这一思路,长运通开发出了‘去电源化驱动’技术,设计出高集成度驱动芯片,并且自建了封装厂进行HV-LED光源的封装,新推出的产品在稳定、长寿命工作的基础上进行了延伸,包括从纵向深入发掘该类产品的应用功能,例如加入调光控制模块等;以及在横向上将光机引擎移植到筒灯、日光灯等其它产品线上,这也是与长运通强调‘光机引擎’具备高通用性和强兼容性的目标是相一致的。”

另一方面,LED灯具的恶劣工作环境也是时常威胁到驱动电源产品可靠性的一个重要因素,尤其是在高温、防水、防雷等环节上设计不到位,都会对LED整灯的使用寿命带来严重的影响,需要厂商在产品设计时选定合理的元器件设计裕量,以及使用高品质的电解电容、功率半导体、磁性元件等基础元器件。

Littelfuse 公司产品技术市场工程师陈洁介绍道,大功率LED越来越多地被应用于路灯、发光广告牌、机场跑道等领域中,复杂的使用环境使得LED会因雷击浪涌、静电放电(ESD)等出现过电压、过热,甚至是电源反接的事故,从而造成电源损坏,因此在消除电气环境所导致的现场故障中充分考虑到瞬态电压保护功能将是至关紧要的。Littelfuse可以提供完善的交流线路接口保护(如TR/TE,3.6x10mm、Nano、Pico 等各类保险丝),以及在直流端的瞬态保护等产品(如TMOV、MOV、TVS)。此外,Littelfuse新型晶闸管Q6008LH1LED/Q6012LH1LED系列三端双向可控硅和QUADRAC晶闸管电源控制设备的低负载电流特性使得打造一种适用于所有可调光照明负载(LED、CFL和传统白炽灯)的单一调光器设计成为了可能。

驱动电源需求趋向多样化

从LED照明的未来发展趋势来看,个性化照明是一个不容忽视的开发方向,为此,现阶段的驱动电源需要围绕不同类型的照明应用进行职能性、匹配性的研发,在这一多样化的开发思路上,目前一些驱动电源厂商已经开始在产品线上积极布局,高度关注不同应用市场的细分需求。

古道雄指出,最近一段时期,一个有趣的现象是:LED照明产品正慢慢从基本功能型往多功能集成的纵深层次发展,这也意味着,将来市场上会出现更多非标准规格的产品,如强调感官的台灯、吊灯等,而且未来这种差异化的发展会更加明显。在这一形势下,通用特定功率的电源在新的市场应用中将会面临很多难题,越来越多的附加功能(如遥控、调光等)让单一电源难以保持通用性。所以,总的来说,随着LED照明的发展,LED驱动电源的非通用性和定制化、多样化趋势将会更为明显;而从功率上看,由于LED照明在民用领域的大范围普及,将使20W以内的小功率产品占领主要市场。

综合目前市场对LED驱动电源产品的总体需求,除了经常提到的高效率、高可靠性、长寿命之外,一些新的需求特点也正在逐步形成之中,其中包括:为了保证产品具有更好的延续性,灯具厂商要求驱动电源能尽可能在比较宽的负载范围内满足较高的电气性能要求,如PF值、THD值等,以使他们的产品能有较好的灵活度。另外,随着LED灯具朝着轻、薄化方向演进,也对内装式LED驱动电源的体积大小提出了更高的要求,要求驱动设计以及散热设计都要能够实现更高的效率。针对不同的使用场所,在室内电源解决方案方面,大多数厂商表示,带智能控制装置的LED驱动电源将会成为一个主流方向,同时,电源输出电流的稳定性、纹波大小、对室内光环境的控制难易程度等,都是LED室内照明电源发展的重要内容。

而在室外照明应用上,伴随着LED灯具模块化设计的发展趋势,部分电源厂商指出多路输出的驱动电源将越来越受到灯具厂商的青睐。作为国内驱动电源开发的领导厂商之一,英飞特电子(杭州)股份有限公司一直持续投入在对多路驱动电源的开发上,其新一代的多路输出电源由原来的三级结构变为二级结构,优化了电路架构,可广泛应用于室外及高端室内LED灯具产品中。英飞特市场部经理毛昭祺表示,与上一代多路输出产品相比,这种电路拓扑的改进减少了元器件的使用,提高了设计的集成度,保证单路失效时不会影响其它路输出,使产品获得了更高的使用效率和可靠性,又降低了成本及电磁干扰。同时,为了适应灯具模块化设计,新型多路输出电源的每个灯具模块设计为20-40W,用单独的一路输出来控制,5-6路输出可满足60-300W的灯具需求,既能方便灯具的散热设计,又能轻松实现灯具调光和安规要求,适用性更强,可靠性更高,英飞特将通过这些新的多路产品继续扩大其在中大功率市场上的份额。

智能化开发将成为重点

由于LED的可控性特征,LED照明的智能化开发趋势正在成为促使用户采用这一新型照明方式的重要因素,而从组成结构来看,驱动电源的智能化则是整体灯具实现智能控制的关键所在。上海占空比电子科技有限公司销售总监李明峰认为,随着LED产业爆炸式的成长,智能化必将走入普通老百姓的生活,其中驱动IC将成为“大脑”、LED驱动电源将扮演“神经”,指引LED照明应用朝着智能化的方向前进。

例如,一些市场要求LED照明产品要具备良好的调光兼容性,使得用户无需受到指定调光器的限制;另外,在部分智能建筑或家居控制系统中正在引入一些新的传感器接口,如光照强度传感器或其它类型的传感器,这些传感器需要LED驱动器应能够适应更加灵活的调光接口(一般多为0-10V模拟调光电路,或DALI数字技术等);此外,一些公司还在开发更为复杂的LED无线照明智能控制平台,这些应用需求迫切要求LED驱动电源能够提供强有力的技术支持。

为了更好地解决商业与无线固态照明(SSL)系统中的成本、性能以及工作寿命等问题,近期,以数字技术为核心的电源管理集成电路领先供应商iWatt公司推出了一款创新的数字AC/DC LED驱动器平台(iW3630),该器件是一个两级Flickerless LED驱动器,支持高达45W的输出功率,是商业照明中首款内置0-10V调光接口的SSL LED驱动器,并且还带有一个用于无线固态照明应用的PWM数字调光接口。其内置的降额过温保护功能意味着无需增加额外元件来控制温度,尤其适用于商业与无线照明应用场所。此外,通过采用iWatt专利的PrimAccurate原边控制技术,省去了次级调节器和光学反馈隔离器件,EZ-EMI技术则简化了EMI滤波设计,将外部元件的数量降至最低,使得总体BOM成本可降低30-40%,进一步缩减了整体解决方案的尺寸,并提高了可靠性。

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iWatt针对商业和无线照明应用优化设计的SSL LED驱动器

此外,在智能控制部分,毛昭祺也表示道,如今,越来越多的用户希望驱动电源能实现根据现场需求同时驱动和控制多个LED灯,且具备零光衰补偿功能、集中控制系统应用等等。为此,英飞特开发的新一代可编程CSIM控制器将为室内LED灯的智能化控制提供一套简单可靠、且具有零光衰补偿功能的解决方案。据介绍,CSIM控制器是英飞特电子驱动器迈向智能化的一个重要体现,它能够集成多个输入信号,通过内部智能处理后得到一个最终输出,并有定时调光等功能,可直接与带有0-10V或PWM调光接口的驱动器相兼容,不用另外购置其它智能驱动器来组成调光控制系统。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (6/5/2013)
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