Kako odabrati LED i rasvjetna rješenja velike i male snage
Bilo da se radi o LED rasvjetnim objektima velike snage ili male snage, općenito se sastoji od napajanja, LED upravljačkog programa, LED dioda, objektiva i podloge. Ključna komponenta je LED pogon, koji mora osigurati konstantan izlaz struje za svjetlo koje emitira LED. Neće treperiti i prigušivati, te neće uzrokovati promjenu boje LED -a. Općenito prihvaća 24V-48V DC naponski ulaz, ali postoje i neki napredni LED upravljački programi koji mogu direktno prihvatiti 220V AC ulaz.
Glavni izazovi dizajna za primjenu LED rasvjetnih rješenja uključuju sljedeće aspekte: rasipanje topline, visoka efikasnost, niska cijena, zatamnjivanje bez treperenja, zatamnjivanje širokog raspona, pouzdanost, sigurnost i uklanjanje boje. Ove izazove treba riješiti sveobuhvatnom primjenom odgovarajuće topologije elektroenergetskog sistema, topologije pogonskog elektriciteta i mehaničkog dizajna.
Liang Houquan, direktor tehnološkog marketinga dioda u azijsko-pacifičkoj regiji, istakao je:" Za dizajnere će najveći tehnički izazov biti zahtjevi visoke efikasnosti, optički dizajn, upravljanje toplinom i poboljšanje pouzdanosti određenih aplikacija, poput jačina LED uličnih svjetala. Sada nudimo niz LED rješenja za rasvjetu koje pokrivaju aplikacije od 0,1W do 250W."
Program LED fluorescentnih sijalica&"U primjeni programskog sistema LED rasvjete, pored odabira odgovarajućih LED proizvoda, kompletan dizajn programa LED rasvjete uključuje i optički dizajn, toplinski dizajn, dizajn proizvoda i dizajn električnog pogona. Budući da su LED diode niskonaponski uređaji, pretvaranje visokonaponskog izmjeničnog napajanja u niskonaponske upravljačke programe konstantne struje za LED diode suočit će se s mnogim izazovima." Zheng Qian, viši menadžer aplikacija kompanije ON Semiconductor China, istaknuo je:" Nadalje, radi prednosti LED rasvjete, LED upravljački programi moraju biti pouzdani i visoko učinkoviti, sigurni i jeftini. Stoga, za različite primjene LED rasvjete, prvo morate odabrati ispravnu električnu topologiju vožnje." ON Semiconductor sada može ponuditi sva rješenja za LED rasvjetu u rasponu snage od 1W do 500W.
Kako bi brzo promovirali uspon tržišta rješenja za LED rasvjetu, National Semiconductor Corporation (NSC) nedavno je ciljala na vrlo veliko tržište direktne zamjene za žarulje sa žarnom niti, odnosno izravnu zamjenu žarulja sa žarnom niti u postojećim domovima ili na drugim tržištima primjene sa LED lampe, i lansirani Direktni mrežni upravljački čip LED upravljački program LM3445 za ovo tržište je razvijen.
Međutim, menadžer marketinga proizvoda NSC Asia Pacific Power Wu Zhimin rekao je:" Sijalice sa žarnom niti dostupne su već dugi niz godina. Dugi niz godina nepromijenjenih tehničkih standarda, naši sistemi kućne rasvjete slijede mnogo godina nepromijenjenih tehničkih standarda. Situacija se ne može promijeniti preko noći. Na primjer, zbog problema poput rasipanja topline i kutova osvjetljenja, originalne utičnice ili uređaji u starom stilu nisu prikladni za ugradnju LED žarulja. Međutim, osim tehničkih problema, isplativost također onemogućava LED svjetla Najveći razlog popularnosti. Sijalice sa volframovim vlaknima i neonske cijevi koštaju oko 0,6-0,7 USD/Klm, ali trenutna cijena LED svjetiljki i dalje je visoka između 40-50 USD/Klm."
Kao što je gore spomenuto, budući da se LED svjetiljka mora moći instalirati u originalnu staru utičnicu, rasipanje topline veliki je problem koji se mora prevladati. Ali strogo govoreći, to se može riješiti tehnologijom mašinstva. Odgovornost proizvođača LED sistema je da naporno rade na razvoju novih tehnologija kako bi se povećala svjetlina LED dioda (to jest, količina lumena proizvedena po jedinici snage). Wu Zhimin je samouvjereno rekao:" Možemo pružiti najefikasniji LED upravljački program kako bismo osigurali da se toplotni gubitak cijelog sistema rasvjete svede na minimum."
Relativno visoka cijena LED dioda glavna je prepreka koju tržište LED rasvjete još uvijek teško uzima u velikoj mjeri. Na primjer, Alexander Sommer, direktor marketinga proizvoda Poslovne jedinice za upravljanje napajanjem Infineon Technologies Co., Ltd. rekao je: „Najčešće tipične primjene LED rasvjete manje od 25 W su svjetlosne svjetiljke, svjetlosne svjetiljke i alternativne standardne žarulje sa žarnom niti i halogene sijalice. U usporedbi s tehnologijom fluorescentnih svjetiljki i žarulja sa žarnom niti, početni trošak LED dioda i dalje je velika prepreka za ulazak na masovno tržište."
Cytech inženjer proizvoda i dizajna Xu Ruibao također se slaže da je glavni izazov komercijalizacije trošak. Rekao je:" Trenutno su LED sistemi rasvjete različitih snaga električno dostižni. Tehnički izazov proizlazi iz zahtjeva terminalnih aplikacija, poput aplikacija u automobilima, koje moraju uzeti u obzir optički dizajn i cjelokupni dizajn rasipanja topline. Komercijalno postavljanje Izazov uglavnom dolazi od cijene LED dioda."
Razmatranja rasipanja topline u dizajnu LED rasvjete
Sustavi LED rasvjete ispod 25 W općenito su dizajnirani za primjene kao što su stolne lampe za čitanje, svjetla u hodnicima, reflektori u dnevnoj sobi, kućna svjetla za blagovanje, noćna svjetla itd. Kupci se općenito nadaju da su takve aplikacije dizajnirane što je moguće manje, tako da PCB može biti postavljen Prostor za dizajn je relativno mali, pa temperatura u ambalažnom prostoru može biti vrlo visoka ako se koristi duže vrijeme. Budući da je malo vjerojatno da će dizajner ugraditi ventilator za hlađenje, njegov dizajn hlađenja postaje vrlo kritičan i važan.
& "Većina aplikacija LED rasvjete male snage manje od 25 W zahtijeva određeni stupanj minijaturizacije. To često dovodi do veće gustoće energije, iako potrošnja energije nije velika. Odgovarajuće mjere upravljanja rasipanjem topline moraju se osigurati poboljšanim mehaničkim strukturama. Osim toga, visoka električna efikasnost pomaže u smanjenju potrošnje energije. ” AlexanderSommer je istakao: „Ako trebate dodatno smanjiti toplinski otpor, to se može učiniti električnom izolacijom, jer se njime može postići najveća efikasnost prijenosa topline. Ove metode takođe omogućavaju optimizirani izlaz lumena."
Drugi način da spriječite dugotrajno pregrijavanje LED diode je upotreba rješenja zatamnjivanja. Voditelj marketinga visokonaponskih IC proizvoda Fairchild Semiconductor-a, SangCheolHer, rekao je: „U usporedbi s fluorescentnim svjetiljkama i žaruljama sa žarnom niti, upotreba rješenja zatamnjivanja važan je način za smanjenje potrošnje LED energije. Ovo rješenje je postignuto kontrolerima zatamnjivanja. Posebno za manje od 25 W Zbog male veličine PCB -a i ograničenog prostora za pakiranje, problem rasipanja topline neizbježan je za LED upravljačko rješenje kompanije, pa je ovo rješenje još važnije."
U stvari, u ovom rasponu snaga LED rasvjeta će zamijeniti halogene sijalice i kompaktne fluorescentne sijalice (CFL). Osim toga, kako bi se riješili problema s rasipanjem topline, napredna tehnologija mora ukloniti pasivne komponente poput elektrolitskih kondenzatora osjetljivih na promjene temperature. Međutim, većina trenutnih LED upravljačkih rješenja izvedena je iz topologije napajanja i na temelju toga, pa bi trebalo uzeti u obzir temperaturni raspon, jer se opći proizvodi obično temelje na komercijalnim standardima, ali se moraju moći prilagoditi surovim industrijama, poput kao industrije.
Arhitektonski izbor sheme LED rasvjete
Izbor arhitekture sistema rješenja LED rasvjete ovisi o tome je li vaš dizajnerski cilj niska cijena, visoka efikasnost ili minimalna površina PCB -a. Općenito govoreći, LED rasvjetni sustavi manji od 25 W ne zahtijevaju korekciju snage, pa se može usvojiti jednostavnija topologija kao što je PSR ili Buck. 25W-100W LED rasvjetne aplikacije zahtijevaju korekciju snage, pa se općenito koriste jednostepeni PFC, kvazi-rezonantni (QR) PWM ili povratna topologija. Aplikacije LED rasvjete iznad 100 W općenito koriste učinkovitiju LLC topologiju i dvostepeni PFC.
& quot; Rješenja za LED rasvjetu snage ispod 25 W mogu koristiti PSR ili Buck topologiju, jer je ovaj raspon snage uglavnom za male dizajne, naglašavajući jednostavnost dizajna. Otopina srednje snage (25W-100W) pogodna je za jednostepene PFC, kvazi-rezonantne (QR) PWM, povratnu topologiju." SangCheolHer je rekao,&"Rješenja velike snage (veća od 100 W) pogodna su za LLC, QRPWM dizajn sa povratnom topologijom. Sa aspekta efikasnosti, LLC i QR performanse su bolje; i PSR shema ne zahtijeva sekundarne povratne informacije, jednostavnog je dizajna i manje je veličine od ostalih shema."
Zheng Qian je također rekao: „LED lampe manje od 25 W uglavnom se koriste za unutarnje osvjetljenje i uglavnom koriste jeftinu topologiju povratnog leta. ON Semiconductor NCP1015 i NCP1027 monolitna konverzijska integrirana kola integriraju ugrađene visokonaponske MOSFET-ove i PWM kontrolere. Može efikasno smanjiti površinu PCB -a i jačinu lampe, te osigurati maksimalnu izlaznu snagu od 25W (ulaz 230VAC)."
& quot; Za neizolirane LED rasvjetne aplikacije s manje od 25W, ako je omjer konverzije ulaza i izlaza nizak, tada jednostavni padajući pretvarač može biti jeftin i mali izbor. U izoliranoj topologiji gdje je efikasnost važna, koristite kvazi-rezonantnu topologiju povratnog letenja uređaja Ling CoolSETICE2QS serije dobar je izbor." Rekao je AlexanderSommer. Infineon je prvi dobavljač koji je pružio digitalne kvazi-rezonantne kontrole za povratni let.
Tipične aplikacije LED rasvjete u rasponu snage 25W-100W su ulična rasvjeta (drumski putevi) i javna mjesta poput parkirališta. Efikasnost pretvaranja energije, isplativa realizacija PFC funkcije i visoka kvaliteta boje sada su tri najvažnija tehnička izazova. Na primjer, u komercijalnoj rasvjeti i uličnoj rasvjeti, duži životni vijek i rezultirajući niži troškovi pomažu u prevladavanju prepreka ulasku u veće početne troškove. Aplikacije LED rasvjete od 25W do 100W imaju zahtjeve za faktor snage, pa je potrebno povećati snagu korekcije faktora snage.
& "Ova vrsta električne energije može usvojiti tradicionalnu dvostepenu strukturu, to jest aktivnu električnu energiju s korekcijom faktora snage (PFC) u aktivnom diskontinuiranom načinu rada plus konverzijsku DC-DCPWM električnu energiju, kao što je ON Semiconductor' Regulator korekcije faktora snage NCP1607, periferna električna energija NCP1607 je vrlo jednostavna i može pružiti dobre performanse." Zheng Qian je rekao," Za visokoučinkovita, jeftina i LED rješenja malih volumena, vrijedi preporučiti jednostupanjsko PFC kolo, koje može istovremeno postići faktor snage i izolirani niskonaponski DC izlaz. ima značajnu troškovnu prednost, zasigurno će postati glavno rješenje za LED rasvjetu srednje snage. ON Semiconductor NCP1652 pruža optimalno rješenje za upravljanje za ostvarivanje jednostepene PFC snage."
Shenzhen Shiqiang Telecom koristi SiliconLabs' C8051F3 serija 8-bitnog MCU-a za implementaciju PFC-a u softver. Pomoćnik menadžera marketinga kompanije Huang Sunfeng rekao je: „Razvili smo potpuno digitalno rješenje za LED rasvjetu za kućne mreže (180V-260V) ulaza 10W-30W LED rasvjete male snage, koje se može kontrolirati softverom kako bi se postigla PFC vrijednost do 0,95. Sa hardverom U poređenju sa PFC -om, ovo softversko rješenje ima veću fleksibilnost, prilagodljivost i mogućnost nadogradnje pod pretpostavkom istog indeksa performansi." LED upravljački program MIC3230 koji se koristi u ovom rješenju ima maksimalnu izlaznu struju od 350mA i može pokretati do 12 A 1W LED može zadovoljiti potrebe unutrašnjeg osvjetljenja.
Alexander Sommer je rekao:&"Za aplikacije LED rasvjete snage 25W-100W koje zahtijevaju efikasnost i performanse u širokom rasponu ulaza i/ili opterećenja (kao što je zatamnjivanje), koristi se kvazi-rezonantna topologija preleta sa PFC stepenom. Obično se može postići efikasnost do 90%."
Primjene veće od 100 W uključuju glavnu cestu i veliku brzinu javne rasvjete (gdje je potrebno svjetlo do 20K lumena ili više i ulazna snaga od 250 W) i profesionalne aplikacije, kao što su scensko osvjetljenje i arhitektonsko reflektorsko osvjetljenje. Ključna pokretačka snaga za korištenje LED dioda u aplikacijama velike snage su niski troškovi vlasništva zbog pouzdanosti i niske potrošnje energije. Na primjer, efikasnost njegovog sistema uporediva je sa metal-halogenidnim i natrijumskim lampama niskog pritiska. Poređenje početnih troškova može i dalje biti prepreka za ulazak na ovo tržište u kratkom roku.
Zheng Qian je istaknuo:" Za LED aplikacije veće od 100 W, koristit ćemo tradicionalni aktivni diskontinuirani mod za korekciju faktora snage i polu-mostovno rezonantno DC-DC pretvaračko kolo. Pokrenuli smo novi tip integriranog kontrolera, koji integrira kontroler faktora snage u aktivnom diskontinuiranom načinu rada i polumostovni rezonantni regulator s visokonaponskim pogonom."
Rezonantni regulator polumosta radi na fiksnoj frekvenciji uključivanja i fiksnom radnom ciklusu, a krug ne zahtijeva povratnu kontrolu na izlaznoj strani. Zbog toga polu-most rezonantni DC-DC pretvarač radi u najefikasnijim ZVS i ZCS stanjima. Izlazni istosmjerni napon slijedi izlaz kola za korekciju faktora snage.
Alexander Sommer je naglasio: „Za primjenu LED rasvjete veće snage iznad 100 W, efikasnost postaje važnija. Koristeći LLC rezonantnu topologiju, može postići efikasnost veću od 90%. Koristimo novi Infineonov 8-pinski uređaj ICE1HS01."
Bez obzira na izlaznu snagu sistema rješenja LED rasvjete, izbor snage LED pogona uvelike će ovisiti o rasponu ulaznog napona, kumulativnom padu napona samog LED niza i struji potrebnoj za pogon LED. To je dovelo do mnogih različitih mogućih topologija LED upravljačkih programa, kao što su buck, boost, buck-boost i SEPIC.
Tony Armstrong, direktor marketinga proizvoda odjela za energetske proizvode linearne tehnologije, istakao je: „Svaka topologija ima svoje prednosti i nedostatke. Među njima je standardni padajući pretvarač najjednostavnije i najjednostavnije rješenje. -Boost pretvarači su drugi, a SEPIC pretvarače je najteže implementirati. To je zato što koristi složene principe magnetskog dizajna i zahtijeva od dizajnera da posjeduju vrhunsku stručnost u dizajnu napajanja u sklopnom načinu rada."
Ukratko, primjena terminalnog proizvoda određuje topološku strukturu LED-a, a zatim razumno odabire Buck, Boost, SEPIC ili Buck-Boost strukturu prema topološkoj strukturi LED-a i ulaznom napajanju." Općenito govoreći, koristi se više od 25W dolara. Oni moćniji imaju tendenciju da biraju strukturu Boost. Što se tiče efikasnosti, obje općenito mogu postići više od 85%, a LT3755 može postići do 97% efikasnosti. Uzmite u obzir dio vožnje. Cjelokupni trošak sistema treba uzeti u obzir pri troškovima specifikacije. ” Xu Ruibao je rekao, „Kako se konkurencija pojačava, uvijek će biti nižih troškova po rješenjima, ali oni možda neće biti najprikladniji. Ne dizajniramo proizvode prema ovom standardu. Područje PCB -a uglavnom kontroliraju glavne komponente. LED svjetla male snage trebala bi usvojiti visoko integrirano rješenje što je više moguće. Rješenje velike snage treba odabrati proizvode s visokom tehničkom integracijom i jednostavnim vanjskim napajanjem. Ovdje se rasprava odnosi na DC-DC rješenje."
Liang Houquan je također istaknuo:" Kako bi se postigli visoki zahtjevi efikasnosti, potrebno je razmotriti upravljačke programe za LED prekidače. Većina ovih kupaca radije bira silazne LED upravljačke programe jer je ukupna efikasnost veća. Ako uzmete u obzir najnižu cijenu specifikacije, sklopni LED pretvarači nisu najjeftiniji. Takvi korisnici mogu pokušati koristiti linearne upravljačke programe LED konstantne struje. Ovo može osigurati najnižu cijenu specifikacije, ali učinkovitost možda neće biti tako visoka kao LED upravljački programi za način prebacivanja. Na primjer, s najmanje površine PCB ploče S obzirom na perspektivu, pretvarači načina rada obično se biraju jer stvaraju manje topline, pa će čak i povezane komponente biti manje."
Analogna, PWM i TRIAC rješenja zatamnjivanja
Rješenja i specifikacije zatamnjivanja LED -a stalno su se mijenjali i do sada nisu bili fiksirani, pa sada postoje PWM, analogni i tiristorski (TRA
