用高亮度LED提高家庭的能效

Tamara Schmitz

高功率LED需要用350～1000mA級(jí)別的高驅(qū)動(dòng)電流。采用最新技術(shù)，每個(gè)LED能產(chǎn)生40～80流明的光通量，功率一般為1～3W。根據(jù)美國能源部網(wǎng)站上的資料，主要的LED制造商有Cree、Philips和Osram等。下面將把HBLED與廣泛使用的白紙燈和熒光做一番比較，并給出一個(gè)家庭應(yīng)用的電路實(shí)例。

比較光源

對(duì)HBLED(高亮度LED)的好處心知肚明的消費(fèi)者會(huì)想辦法盡可能多地使用HBLED。通過表1中的數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，顯然HBLED是亮度最高的照明方案。

讓我們仔細(xì)地看看表1。光源的能效類似于效率。與發(fā)熱量相比，有多少輸入到燈泡里的能量變成了光?用戶希望這個(gè)數(shù)值更高一些，顯然HBLED做到了這一點(diǎn)。如果驅(qū)動(dòng)電流波動(dòng)，白熾燈的顏色色調(diào)最可能發(fā)生變化。

與白熾燈相比，熒光燈和HBLED的主要優(yōu)勢(shì)是壽命，因此在許多國家白熾燈泡正在被逐步淘汰。接下來，HBLED可能在普及率上要超過熒光燈，因?yàn)镠BLED是固態(tài)的(由硅材料制造，不易碎)，尺寸非常小，而且不含有害的化學(xué)成分(不需要采用特殊的環(huán)境處理)。

HBLED照明的設(shè)計(jì)目標(biāo)

讓消費(fèi)者改用HBLED，要求HBLED必須具有高質(zhì)量。消費(fèi)者要求功率因數(shù)至少要達(dá)到90％，效率達(dá)到80％或更高。在直流應(yīng)用中，最大輸入電壓不能超過40V。在交流應(yīng)用中，可能采用120v或240v(最大270V)的輸入電壓。HBLED必須用工作頻率超過120Hz的脈寬調(diào)制器驅(qū)動(dòng)，以減小煩人的可見光頻閃。有時(shí)候，這個(gè)頻率還需要是可變的。除了這些設(shè)計(jì)約束，還要由工程師和應(yīng)用來決定使用隔離還是非隔離的設(shè)計(jì)方案。如果有必要，最后還可能考慮使用復(fù)雜的調(diào)光電路。

正如您所看到的那樣，沒有一個(gè)萬能的解決辦法。設(shè)計(jì)中需要考慮的事項(xiàng)是環(huán)環(huán)相扣的。每種方案都需要根據(jù)LED的數(shù)量和流過LED的電流進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者還需要根據(jù)不同的電磁器件，以及所選用的功率器件和輸出電容器進(jìn)行調(diào)整。

應(yīng)用電路

HBLED的價(jià)格大約是1～2美元。由于在每個(gè)設(shè)計(jì)方案中，HBLED都是成串使用，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，不用考慮轉(zhuǎn)換器的成本約束問題。

首先介紹的控制器是ISL6721。ISL6721是單端脈寬調(diào)制電流橫式控制器，其峰值電流模式控制能有效地解決瞬時(shí)功率問題，并且提供內(nèi)置的過流保護(hù)。已經(jīng)有一家大型合同制造商采用ISL6721，生產(chǎn)出能替換目前所使用的T8電路的產(chǎn)品(替換熒光燈啟輝器中傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器電路)。ISL6721也可以設(shè)置成白熾燈的替換方案。非固態(tài)的回掃方案目前已經(jīng)用在亞洲的一個(gè)購物中心。該方案使用了10個(gè)HBLED，輸出達(dá)10W，效率為82％。

要在家用市場(chǎng)中真正具有競(jìng)爭(zhēng)力，HBLED照明方案還必須提供調(diào)光功能。智能電路可以做到這一點(diǎn)。記住，LED是由脈寬調(diào)制控制器驅(qū)動(dòng)的。也就是說，LED不總是處在“開”的狀態(tài)。給LED供電的脈沖的數(shù)量是由控制器控制的，并且是可變的。碰巧，這項(xiàng)工作也是由“控制器”完成的。

圖1顯示了一個(gè)由6個(gè)LED的適配器和調(diào)光電路組成的射燈方案的完整電路圖。設(shè)計(jì)的核心(當(dāng)然要把HBLED刨除在外)是ISL6745A控制器。右上角的器件組成了一個(gè)SEPIC控制器，驅(qū)動(dòng)串在一起的6個(gè)HBLED。四周的放大器進(jìn)行電流調(diào)整，短路保護(hù)和過壓保護(hù)。在左下角，您可以找到交流調(diào)光電路。調(diào)光器的放大器輸出先進(jìn)行濾波，然后用作電流調(diào)整器的參考點(diǎn)，反饋到控制環(huán)路中。

ISL6745A的偏置電壓VDD的范圍是6.5～20V，低邊(10w-side)FET驅(qū)動(dòng)器的輸出為12V、1A，可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)低邊PET(如此設(shè)計(jì)中的Q1)、高壓驅(qū)動(dòng)IC的柵極或是柵極驅(qū)動(dòng)變壓器。

在Intersil的產(chǎn)品當(dāng)中，ISL6745A是最受歡迎的HBLED驅(qū)動(dòng)器。除了圖1所示的使用方法，還可以對(duì)ISL6745A的開關(guān)頻率、軟啟動(dòng)、過溫保護(hù)進(jìn)行調(diào)整，“死區(qū)時(shí)間”也可以精確調(diào)整。ISL6745A采用節(jié)省空間的MSOP-10封裝。ISL6745A的靈活性也是其一大特點(diǎn)，既可以工作在隔離方式也可以工作在非隔離方式，調(diào)光功能也是可選的。

結(jié)論

HBLED是消費(fèi)類照明的最綠色的替代產(chǎn)品，而且技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)足以使其成為可行的方案。市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了可以替代白熾燈和熒光燈的方案。節(jié)約能源，延長使用壽命，提高安全性和增加可靠性，請(qǐng)使用HBLED。