新一代LED区域照明应用的研究

作者：时间：2009-07-17来源：网络收藏

　　LED阵列灯具的设计因所在位置的特殊照明需求会有大幅度变化，目标照明区域依照明高度以及和照明源间的距离而定，例如行人或脚踏车道的照明灯柱间隔相对较窄，因此需要20个LED来提供照明，而在住宅区街道则需要100个或更多的LED。另外，由于主要目的是要照亮道路而不影响街道旁的住家，因此街道照明会有相当特别的发光模式要求，同时这些特别模式也必须满足各种不同安装型式所要求的复杂光学工程设计。此外，在LED使用数量和驱动电流上也必须进行权衡。基本上，采用较高电流驱动的较少数量LED看起来是个可行的选择，但较高的电流和功耗却会让温度管理复杂化，此外，LED的效率会随着电流和接面温度的升高而降低，当然我们也必须记住，要达到指定的LED寿命，就必须遵守接面温度的指定规范，在采用LED照明时，温度管理是个相当重要的因素，原因是散热集中在LED的封装上，因此必须要由灯具移除。

　　LED照明可以由一或多个LED阵列搭配将交流电源转换为LED所使用电流的控制电路组成，由于区域照明需求通常需要各种不同的流明度输出，因此可以考虑选择包含一串LED和驱动电路的模块化设计，并依所需的光度输出使用多个LED灯条，这个概念的优点是相同的电路设计可以通过在不同照明需求下增加更多的阵列而重复利用。另外，由于在照明源中使用多个阵列，因此如果有单一LED出现问题，那么只会有一部分的LED停止运作，而整个照明源还是能够以较低的亮度继续提供照明输出，电子控制电路则必须符合产业和国际标准，在欧盟中，这类产品属于IEC61000-3-2等有关电力线谐波失真(功率因数)的规范，不过虽然在美国等地区并不使用这个标准，但电力公司通常也会对不计量的区域照明要求最低0.90的功率因数。虽然我们可以使用较笨重的主频率(50/60 Hz)电感器和电容器来提供无源解决方式，但有源开关模式经常被应用到镇流器中，后者通常还会在主电源转换电路前加入升压式功率因数校正(PFC)转换器来提供功率因数校正。

　　另一个额外的考量则是是否需要进行电流隔离来达到安全性，对于不容易更换的区域照明源，事实上相当容易见到非隔离的设计，采用非隔离设计的主要优点是可以以成本较低的电感器来取代笨重的变压器。接下来驱动LED的实际需求考虑也相当重要，虽然LED需要定电流驱动，但这个电流却不一定需要是纯直流，因此也可以以脉波式直流波形来推动，只要平均和最大电流值符合LED本身所指定的电流规范即可。再者，虽然RMS电流输出必须经过控制，但LED对电源展现的是固定负载的形式，使得电源的瞬态响应特性不会成为问题，也因此，我们可以使用安森美半导体的NCP1216控制芯片搭配上一个高功率MOSFET、一颗电感以及少数外接无源器件，在一个单功率级电路上实现一个简单高能效的PFC和定电流转换器，由于输出通常不需滤除100/120 Hz主电源的频率成份，因此可以不需在电路中使用大型电解电容，如此不仅可以缩小电路尺寸，同时还能改善整体电源的可靠度，图1为相关电路的电路图。