Cum să alegeți soluții de iluminare cu LED de mare și mică putere
Indiferent dacă este vorba de aplicații de iluminat cu LED de mare putere sau cu putere redusă, este în general compus din sursă de alimentare, driver LED, LED, obiectiv și substrat. Componenta cheie este driverul LED, care trebuie să furnizeze un curent constant de ieșire pentru lumina emisă de LED. Nu va pâlpâi și nu se va estompa și nu va provoca schimbarea culorii LED-urilor. În general, acceptă intrarea de tensiune DC 24V-48V, dar există și unele drivere LED avansate care pot accepta direct intrarea AC 220V.
Principalele provocări de proiectare pentru aplicarea soluțiilor de iluminat cu LED includ următoarele aspecte: disiparea căldurii, eficiență ridicată, cost redus, estompare fără pâlpâire, estompare pe o gamă largă, fiabilitate, siguranță și eliminarea culorii. Aceste provocări trebuie rezolvate prin aplicarea cuprinzătoare a topologiei corespunzătoare a sistemului de alimentare, a topologiei electrice a acționării și a proiectării mecanice.
Liang Houquan, director de marketing tehnologic al diodelor Asia Pacific, a subliniat:" Pentru designeri, cea mai mare provocare tehnică va fi cerințele de eficiență ridicată, proiectarea optică, managementul termic și îmbunătățirea fiabilității anumitor aplicații, cum ar fi lumini stradale cu luminozitate LED. Acum oferim o serie de soluții de iluminat cu LED care acoperă aplicații de la 0,1W la 250W."
Programul lămpii fluorescente cu LED" În aplicarea sistemului de programe de iluminare cu LED, pe lângă selectarea produselor LED adecvate, un design complet al programului de iluminare cu LED include și design optic, design termic, design de produs și design de acționare electrică. Deoarece LED-urile sunt dispozitive de joasă tensiune, convertirea sursei de alimentare de înaltă tensiune în driverele de curent constant de joasă tensiune pentru LED-uri se va confrunta cu multe provocări." Zheng Qian, senior manager de aplicații al ON Semiconductor China, a subliniat:" În plus, pentru avantajele iluminării cu LED-uri, driverele electrice cu LED-uri trebuie să fie fiabile și ridicate Eficiente, sigure și cu costuri reduse. Prin urmare, pentru diferite aplicații de iluminare cu LED, trebuie mai întâi să selectați topologia electrică corectă de conducere." ON Semiconductor poate oferi acum toate soluțiile de iluminare cu LED-uri în domeniul de putere de la 1W la 500W.
Pentru a promova rapid decolarea pieței soluțiilor de iluminat cu LED, National Semiconductor Corporation (NSC) a vizat recent o piață foarte mare de înlocuire directă a lămpilor cu incandescență, adică înlocuirea directă a lămpilor incandescente din casele existente sau alte piețe de aplicații cu Lămpi cu LED-uri și a lansat o cip LM3445 pentru driverul de intrare directă la rețeaua de alimentare LED pentru această piață.
Cu toate acestea, directorul de marketing al produselor NSC Asia Pacific pentru managementul energiei, Wu Zhimin, a declarat:" Lămpile cu incandescență sunt disponibile de mulți ani. De mulți ani de standarde tehnice neschimbate, sistemele noastre de iluminat pentru locuințe au urmat mulți ani de standarde tehnice neschimbate. Situația nu poate fi schimbată peste noapte. De exemplu, din cauza unor probleme precum disiparea căldurii și unghiurile de iluminare, prizele sau dispozitivele originale de iluminat în stil vechi nu sunt potrivite pentru instalarea becurilor cu LED-uri. Cu toate acestea, pe lângă problemele tehnice, rentabilitatea face imposibilă și luminile LED Cel mai mare motiv al popularității. Becurile cu filament de tungsten și tuburile de neon sunt de aproximativ 0,6-0,7 USD / Klm, dar prețul actual al luminilor LED este încă la fel de mare ca 40-50 USD / Klm."
Așa cum am menționat mai sus, deoarece lampa LED trebuie să poată fi instalată în priza veche originală, disiparea căldurii este o mare problemă care trebuie depășită. Dar, strict vorbind, acest lucru poate fi rezolvat prin tehnologia ingineriei mecanice. Responsabilitatea producătorilor de sisteme LED este să lucreze din greu pentru a dezvolta noi tehnologii pentru a maximiza luminozitatea LED-urilor (adică cantitatea de lumeni produși pe unitate de putere). Wu Zhimin a spus cu încredere:" Putem furniza cel mai eficient driver LED pentru a ne asigura că disiparea căldurii întregului sistem de iluminare poate fi redusă la minimum."
Costul relativ ridicat al LED-urilor este principalul obstacol care este încă dificil pentru piața de iluminat cu LED-uri să decoleze pe scară largă. De exemplu, Alexander Sommer, director de marketing al produselor pentru unitatea de afaceri pentru managementul energiei al Infineon Technologies Co., Ltd. a declarat: „Majoritatea aplicațiilor tipice de iluminare cu LED mai mici de 25W sunt lămpile de semnalizare, lămpile de semnalizare și lămpile incandescente standard și lămpile cu halogen. Comparativ cu tehnologia lămpilor fluorescente și a lămpilor cu incandescență, costul inițial al LED-ului este încă un obstacol major în calea intrării pe piața de masă."
De asemenea, inginerul Cytech pentru produse și design Xu Ruibao este de acord că principala provocare de comercializare este costul. El a spus:" În prezent, sistemele de iluminare cu LED-uri de diferite puteri sunt realizabile electric. Provocarea tehnică vine din cerințele aplicațiilor terminale, cum ar fi aplicațiile pentru automobile, care trebuie să țină cont de proiectarea optică și de proiectarea generală a disipării căldurii. Implementare comercială Provocarea provine în principal din costul LED-urilor."
Considerații privind disiparea căldurii în proiectarea iluminatului cu LED-uri
Sistemele de iluminare cu LED sub 25W sunt, în general, proiectate pentru aplicații precum lămpi de birou de citit, lumini de coridor, spoturi din sufragerie, lumini de luat masa acasă, lumini de noapte etc. Clienții speră, în general, că astfel de aplicații sunt proiectate cât mai mici, astfel încât PCB să fie plasat Spațiul de proiectare este relativ mic, astfel încât temperatura din spațiul de ambalare poate fi foarte ridicată atunci când este utilizată mult timp. Deoarece este puțin probabil ca proiectantul să instaleze un ventilator de răcire în acesta, designul său de răcire devine foarte critic și important.
& quot; Majoritatea aplicațiilor de iluminat cu LED cu putere redusă mai mici de 25W necesită un anumit grad de miniaturizare. Acest lucru duce adesea la o densitate mai mare de putere, chiar dacă consumul de energie nu este mare. Măsuri adecvate de gestionare a disipării căldurii trebuie asigurate de structuri mecanice îmbunătățite. În plus, eficiența electrică ridicată ajută la reducerea consumului de energie. ” AlexanderSommer a subliniat: „Dacă trebuie să reduceți și mai mult rezistența termică, acest lucru se poate face prin izolarea electrică, deoarece poate obține cea mai mare eficiență a transferului de căldură. Aceste metode permit, de asemenea, o ieșire optimă a lumenului."
O altă modalitate de a preveni supraîncălzirea LED-ului pentru o lungă perioadă de timp este utilizarea unei soluții de estompare. SangCheolHer, manager de marketing pentru produse IC de înaltă tensiune Fairchild Semiconductor, a declarat: „Comparativ cu lămpile fluorescente și lămpile cu incandescență, utilizarea soluțiilor de estompare este o modalitate importantă de a reduce consumul de energie LED. Această soluție este realizată de controlere de estompare. În special pentru mai puțin de 25 W Din cauza dimensiunii mici a PCB-urilor și a spațiului de ambalare limitat, problema disipării căldurii este inevitabilă pentru soluția de driver LED a companiei, astfel încât această soluție este și mai importantă."
De fapt, în această gamă de putere, iluminatul cu LED va înlocui lămpile cu halogen și lămpile fluorescente compacte (CFL). În plus, pentru a scăpa de problema disipării căldurii, tehnologia avansată trebuie să elimine componentele pasive, cum ar fi condensatoarele electrolitice care sunt sensibile la schimbările de temperatură. Cu toate acestea, majoritatea soluțiilor actuale de driver LED sunt derivate din topologia sursei de alimentare și se bazează pe aceasta, deci ar trebui luată în considerare intervalul de temperatură, deoarece produsele generale se bazează de obicei pe standarde comerciale, dar trebuie să se poată adapta la industrii dure, cum ar fi ca industrii.
Selecția arhitecturii proiectării schemei de iluminare cu LED-uri
Alegerea arhitecturii sistemului de soluții de iluminare cu LED-uri depinde dacă obiectivul dvs. de proiectare este costul redus, eficiența ridicată sau zona minimă a PCB-ului. În general vorbind, sistemele de iluminat cu LED mai mici de 25W nu necesită corectarea puterii, astfel încât poate fi adoptată o topologie mai simplă, cum ar fi PSR sau topologia Buck. Aplicațiile de iluminat cu LED de 25W-100W necesită corectarea puterii, astfel încât sunt utilizate în general PFC cu un singur stadiu, PWM cvasi-rezonant (QR) sau topologia flyback. Aplicațiile de iluminat cu LED de peste 100W utilizează, în general, topologia LLC mai eficientă și PFC în două etape.
& quot; Soluțiile de iluminare cu LED sub 25W pot utiliza topologia PSR sau Buck, deoarece această gamă de putere este în principal pentru modele mici, subliniind simplitatea designului. Soluția de putere medie (25W-100W) este potrivită pentru PFC într-o singură etapă, cvasi-rezonant (QR) PWM, topologie flyback." SangCheolHer a spus," Soluțiile de mare putere (mai mari de 100W) sunt potrivite pentru LLC, QRPWM, proiectarea topologiei flyback. Din punct de vedere al eficienței, performanțele LLC și QR sunt mai bune; și Schema PSR nu necesită feedback secundar, este simplă ca design și are o dimensiune mai mică decât alte scheme."
Zheng Qian a mai spus: „Lămpile cu LED mai mici de 25W sunt utilizate în principal în iluminatul interior și folosesc în principal topologie flyback low-cost. Circuitele integrate de conversie monolitică ON Semiconductor NCP1015 și NCP1027 integrează MOSFET-uri de înaltă tensiune încorporate și controlere PWM. Poate reduce eficient zona PCB și volumul lămpii și poate oferi o putere maximă de 25W (intrare 230VAC)."
& quot; Pentru aplicații de iluminat cu LED-uri neizolate cu mai puțin de 25W, dacă raportul de conversie între intrare și ieșire este scăzut, atunci un convertor simplu descrescător poate fi o alegere cu costuri reduse și cu volum mic. În topologia izolată, unde eficiența este importantă, utilizați o Topologie cvasi-rezonantă flyback a dispozitivelor din seria Ling CoolSETICE2QS este o alegere bună." A spus AlexanderSommer. Infineon este primul furnizor care furnizează circuite integrate de control flyback cvasirezonant.
Aplicațiile tipice de iluminare cu LED în gama de putere de 25W-100W sunt iluminatul stradal (drumurile comunitare) și locurile publice, cum ar fi parcările. Eficiența conversiei energiei, realizarea rentabilă a funcției PFC și calitatea înaltă a culorilor sunt acum cele mai importante trei provocări tehnice. De exemplu, în aplicațiile de iluminat comercial și de iluminat stradal, durata de viață mai lungă și costurile mai mici rezultate contribuie la depășirea barierelor la intrarea în costuri inițiale mai mari. Aplicațiile de iluminat cu LED de la 25W la 100W au cerințe privind factorul de putere, astfel încât puterea de corecție a factorului de putere trebuie să fie mărită.
& quot; Acest tip de energie electrică poate adopta structura tradițională în două trepte, adică electricitatea activă de corecție a factorului de putere (PFC) în mod discontinuu plus electricitatea de conversie DC-DCPWM, cum ar fi ON Semiconductor' Controlerul de corecție a factorului de putere NCP1607, electricitatea periferică a NCP1607 este foarte simplă și poate oferi performanțe bune." Zheng Qian a spus," Pentru soluții LED cu eficiență ridicată, cost redus și volum mic, merită recomandat un circuit PFC într-o singură etapă, care poate atinge simultan factorul de putere și ieșirea DC izolată de joasă tensiune și are un avantaj semnificativ din punct de vedere al costurilor, va deveni cu siguranță soluția principală pentru iluminatul LED de putere medie. NCP1652 al ON Semiconductor oferă o soluție optimă de control pentru realizarea puterii PFC într-o singură etapă."
Shenzhen Shiqiang Telecom folosește SiliconLabs' C8051F3 seria 8-bit MCU pentru a implementa PFC în software. Asistentul director de marketing al companiei, Huang Sunfeng, a declarat: „Am dezvoltat o soluție de iluminare LED complet digitală pentru intrarea rețelelor de uz casnic (180V-260V) 10W-30W aplicații de iluminat LED cu consum redus de energie, care pot fi controlate de software pentru a atinge o valoare PFC de până la 0,95. Cu hardware Comparativ cu PFC, această soluție software are o flexibilitate, o adaptabilitate și o îmbunătățire mai ridicate sub premisa aceluiași indice de performanță." Driver-ul LED MIC3230 utilizat în această soluție are un curent de ieșire maxim de 350mA și poate conduce până la 12 A LED-ul de 1W poate satisface bine nevoile de iluminare interioară.
Alexander Sommer a spus:" Pentru aplicațiile de iluminare cu LED de putere de 25W-100W care necesită eficiență și performanță pe o gamă largă de intrare și / sau sarcină (cum ar fi diminuarea), se folosește o topologie flyback cvasirezonantă cu o etapă PFC. De obicei, se pot obține eficiențe de până la 90%."
Aplicațiile de peste 100W includ iluminatul public de drum principal și de mare viteză (unde sunt necesare până la 20K lumeni sau mai multă luminozitate și putere de intrare de 250W) și aplicații profesionale, cum ar fi iluminarea scenică și iluminarea arhitecturală. O forță esențială pentru utilizarea LED-urilor în aplicații de mare putere este costul redus de proprietate datorat fiabilității și consumului redus de energie. De exemplu, eficiența sistemului este comparabilă cu lămpile cu halogenură metalică și lămpile de sodiu de joasă presiune. Comparația inițială a costurilor poate continua să fie bariera în calea intrării pe această piață pe termen scurt.
Zheng Qian a subliniat:" Pentru aplicațiile cu LED mai mari de 100W, vom folosi circuitul tradițional de corecție a factorului de putere activ în mod discontinuu și circuitul de conversie DC-DC rezonant pe jumătate de punte. Am lansat un nou tip de controler integrat, care integrează controlerul activ al factorului de putere în mod discontinuu și controlerul rezonant pe jumătate de punte, cu acționare de înaltă tensiune."
Controlerul rezonant pe jumătate de punte funcționează la o frecvență de comutare fixă și la un ciclu de funcționare fix, iar circuitul nu necesită control de feedback pe partea de ieșire. Acest lucru face ca convertorul DC-DC rezonant pe jumătate să funcționeze în cele mai eficiente state ZVS și ZCS. Tensiunea de ieșire DC va urma ieșirea circuitului de corecție a factorului de putere.
Alexander Sommer a subliniat: „Pentru aplicații de iluminat cu LED de putere mai mare de peste 100W, eficiența devine mai importantă. Folosind topologia rezonantă LLC, poate atinge o eficiență mai mare de 90%. Folosim noul dispozitiv cu 8 pini Infineon ICE1HS01."
Indiferent de puterea de ieșire a sistemului de soluții de iluminare cu LED-uri, alegerea puterii driverului LED va depinde în mare măsură de intervalul de tensiune de intrare, de căderea de tensiune cumulată a șirului de LED-uri în sine și de curentul necesar pentru acționarea LED-ului. Acest lucru a condus la numeroase topologii diferite ale driverelor cu LED-uri, cum ar fi Buck, Boost, Buck-Boost și SEPIC.
Tony Armstrong, director de marketing al produselor pentru divizia de produse electrice Linear Technology, a subliniat: „Fiecare topologie are avantajele și dezavantajele sale. Printre acestea, convertorul standard step-down este cea mai simplă și mai ușoară soluție. -Convertoarele Boost sunt al doilea, iar convertoarele SEPIC sunt cele mai dificil de implementat. Acest lucru se datorează faptului că folosește principii complexe de proiectare magnetică și necesită proiectanților să aibă o experiență superbă în proiectarea sursei de alimentare cu comutare."
Pe scurt, aplicarea produsului terminal determină structura topologică a LED-ului și apoi selectează în mod rezonabil structura Buck, Boost, SEPIC sau Buck-Boost în funcție de structura topologică a LED-ului și a sursei de alimentare de intrare." În general vorbind, se folosesc peste 25 de dolari. Cele mai puternice tind să aleagă structura Boost. În ceea ce privește eficiența, ambele pot atinge în general mai mult de 85%, iar LT3755 poate atinge până la 97% eficiență. Luați în considerare partea de conducere. Costul global al sistemului ar trebui luat în considerare atunci când costul BOM. " Xu Ruibao a spus: „Pe măsură ce concurența se intensifică, vor exista întotdeauna soluții de costuri mai reduse, dar este posibil să nu fie cele mai potrivite. Nu proiectăm produse conform acestui standard. Zona PCB este controlată în principal de principalele componente. Luminile LED cu putere redusă ar trebui să adopte o soluție extrem de integrată, pe cât posibil. Soluția de mare putere ar trebui să aleagă produse cu integrare tehnică ridicată și putere externă simplă. Discuția aici se referă la soluția DC-DC."
Liang Houquan a subliniat, de asemenea:" Pentru a atinge cerințe de eficiență ridicate, trebuie luate în considerare driverele cu LED-uri în modul de comutare. Majoritatea acestor clienți preferă să aleagă drivere cu LED reduse, deoarece eficiența generală este mai mare. Dacă luați în considerare cel mai mic cost al BOM, convertoarele cu LED-uri de comutare nu sunt cele mai ieftine. Astfel de clienți pot încerca să utilizeze drivere LED cu curent constant liniar. Acest lucru poate oferi cel mai mic cost al BOM, dar este posibil ca eficiența să nu fie la fel de mare ca driverele cu LED ale modului de comutare. De exemplu, din cea mai mică zonă a plăcii PCB Având în vedere din perspectivă, convertoarele cu comutare sunt de obicei selectate deoarece generează mai puțină căldură și chiar și componentele aferente vor fi mai mici."
Soluții de estompare analogică, PWM și TRIAC
Soluțiile și specificațiile de estompare cu LED-uri s-au schimbat constant și nu au fost remediate până acum, așa că acum există PWM, analog și tiristor (TRA
