【導(dǎo)讀】很多工程師在面對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器選擇時(shí)都會(huì)猶豫不決，相信閱讀完本文后，今后在面對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器的選擇時(shí)，不再猶豫。只要理解了LED驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)特征和實(shí)際應(yīng)用，這些問(wèn)題都將迎刃而解。
恒壓/恒流的判定
開(kāi)發(fā)者面對(duì)的第一個(gè)問(wèn)題幾乎總是對(duì)恒流或恒壓供電方式的選擇。有兩種基本的LED陣列型式一一工作于恒定電壓環(huán)境的陣列和工作于恒定電流環(huán)境的陣列——它們的內(nèi)部構(gòu)造有著很大的不同。恒壓陣列包含有當(dāng)LED發(fā)燙時(shí)限制電流上升太高的器件，例如電阻或恒流電阻(CCR)，甚或是某種類型的開(kāi)關(guān)式DC - DC整流器。與此相反，恒流LED陣列將包含串行連接的LED，并可能有多個(gè)并聯(lián)在一起的這種LED串。
在兩種情況下你將會(huì)選擇恒壓陣列：
1.你尚未決定你的LED陣列，并且你不能確切知道多少LED會(huì)被串聯(lián)在一起供電，或者不知道其所需的電流將會(huì)是多少(比如，凹槽燈)
2.LED陣列為恒壓類型，故而具有相應(yīng)于該固定輸出電壓的某一固定范圍的電流。在這種情況下，你必須確保你所選擇的驅(qū)動(dòng)器具有正確的電壓，且其所允許輸出的電流范圍大于的你的LED負(fù)載的大致電流范圍。
如果清楚與照明應(yīng)用的光照要求相匹配的驅(qū)動(dòng)電流，你可能就會(huì)選擇恒流陣列，因?yàn)槟峭ǔＪ亲钣行实慕M合。如果你的LED陣列需要恒定電流，那么你就需要一只恒流LED驅(qū)動(dòng)器。這種類型的驅(qū)動(dòng)器將僅在一個(gè)特定的電壓范圍內(nèi)正常工作，具有允許的最小電壓和最大電壓值。你必須確認(rèn)你的LED陣列的所需電壓在這個(gè)許可的范圍之內(nèi)。
下面的表格討論了各種AC-DC驅(qū)動(dòng)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)器的選擇沒(méi)有對(duì)與錯(cuò)之分。實(shí)際上，你需要做的，就是將應(yīng)用的需求與驅(qū)動(dòng)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。下面讓我們來(lái)探討一些專門(mén)的問(wèn)題。
另一個(gè)影響早期決策的因素是調(diào)光的重要性，后者可能涉及人的視覺(jué)感知及(或)能量守恒方面的問(wèn)題。了解人的視覺(jué)特性將有助于我們選擇正確的燈具特征。人眼對(duì)光線變化的感知與它所看到的光照亮度成比例，而LED燈的光照輸出也大體上正比于流經(jīng)它的電流。這樣造成的結(jié)果就是，將燈光調(diào)低到50%的時(shí)候，對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，將很難注意到這種變化，而即便調(diào)低到10%，也僅僅是讓人感覺(jué)稍微暗了一些。因此，要得到可覺(jué)察的視覺(jué)調(diào)光效果，你就得能夠?qū)⒐庹諒?qiáng)度調(diào)低到l%。作為比較，電影院要求的調(diào)光范圍是0. 1%。
圖1.正相調(diào)光方法“切除”交流方式輸入電壓每個(gè)半周的前沿部分
這種敏感性的缺失.倒并不意味著調(diào)光范圍高于1%的時(shí)候就沒(méi)有意義了。實(shí)際上，情況恰恰與此相反。如果把LED的燈光調(diào)低到10%，你就獲得了90%的能耗節(jié)約，這一點(diǎn)是非常重要的。從節(jié)能的角度來(lái)看，任何范圍的調(diào)光都是值得的;但是，如果想要得到弱光照明的房間或影劇院，就得使用調(diào)光范圍低至1%、甚至是達(dá)到0.1%的全范圍調(diào)光效果的調(diào)光器。再怎么說(shuō)，雖然1%以上范圍的調(diào)光，對(duì)人眼的感知來(lái)說(shuō)沒(méi)有太大的益處，但即便是較小范圍的調(diào)光效果，也會(huì)帶來(lái)巨大的節(jié)能效益。
圖2：反相調(diào)光方法“切除”交流輸入電壓每個(gè)半周的后沿部分。
閃爍問(wèn)題的討論
調(diào)光帶來(lái)了閃爍，以及“多大的閃爍是不能接受的”這個(gè)問(wèn)題。在照明業(yè)界，對(duì)閃爍定義是光照(或LED電流)以兩倍工頻頻率波動(dòng)所占的百分比，它用LED的穩(wěn)定光照(或直流電流)的分?jǐn)?shù)來(lái)表示。
二十年前，磁性鎮(zhèn)流器推動(dòng)了熒光燈管的發(fā)展，后者在交流供電電壓周期的峰值附近產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃爍，使得燈管的總光照輸出中包含有閃爍頻率為工頻頻率的兩倍的連續(xù)閃光。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，雖然大多數(shù)人不能感覺(jué)到這種閃爍，但它確實(shí)給一些人造成了頭痛和其他緊張癥狀。針對(duì)磁性鎮(zhèn)流器帶來(lái)的閃爍所引起的這種不適，人們開(kāi)發(fā)了電子鎮(zhèn)流器，將閃爍降低到了2%以下，后者經(jīng)證實(shí)確有其效，并迅速成為好的燈光質(zhì)量的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
之所以還在討論這個(gè)問(wèn)題，是因?yàn)殚W爍的解決并不簡(jiǎn)單。現(xiàn)代LED燈具的閃爍，其燈光波動(dòng)通常具有平滑的交變特性，頻率為兩倍倍工頻頻率，如120赫茲。即便這種閃爍的幅度達(dá)到了100%，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如磁性鎮(zhèn)流器導(dǎo)致的閃爍那么容易被覺(jué)察。我們建議，對(duì)工作和辦公室照明來(lái)說(shuō)，LED驅(qū)動(dòng)器的紋波輸出要低于10%，而對(duì)裝飾用LED照明(如槽燈、壁燈、戶外照明，等等)來(lái)說(shuō)，即便l00%的閃爍也可能是可接受的。
調(diào)光方法及閃爍問(wèn)題
不幸的是，調(diào)光方法可能會(huì)導(dǎo)致閃爍。LED驅(qū)動(dòng)電路的輸出構(gòu)成中，頻率為兩倍工頻頻率的紋波所占的百分比，是影響光照輸出的閃爍成分的參數(shù)。許多LED驅(qū)動(dòng)器通過(guò)快速切換LED發(fā)光的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光，這個(gè)過(guò)程叫做脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)光或數(shù)字調(diào)光。人眼完全不能感知這些高頻率閃爍，只是覺(jué)察到的光照略有減少。
然而，存在著這樣一類簡(jiǎn)單的LED可調(diào)光驅(qū)動(dòng)器，它們只是簡(jiǎn)單地以兩倍工頻的頻率對(duì)LED發(fā)光進(jìn)行通斷切換;在弱照度情況下，其結(jié)果就與老式磁性鎮(zhèn)流器的光輸出十分相似閃爍很容易被察覺(jué)。此外，如果同可控硅調(diào)光器一起使用，由于后者不能在正負(fù)半周實(shí)現(xiàn)相同的調(diào)光，就會(huì)導(dǎo)致一個(gè)工頻成分出現(xiàn)在PWM之中，產(chǎn)生出任何人都可以覺(jué)察的閃爍。
其他LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生一個(gè)恒定的直流電流，調(diào)光器通過(guò)調(diào)低該直流電流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光的功能。這種調(diào)光方法有時(shí)被稱作模擬調(diào)光。對(duì)工作及辦公室照明來(lái)說(shuō)，這是最穩(wěn)妥的調(diào)光方法，雖然它很可能會(huì)比數(shù)字調(diào)光方法更加昂貴。
還有一個(gè)問(wèn)題是如何把調(diào)節(jié)信息傳遞給驅(qū)動(dòng)器。很多情況下，驅(qū)動(dòng)器必須與傳統(tǒng)的壁式調(diào)光器協(xié)同工作。
圖1和圖2所示為兩種相反的傳統(tǒng)調(diào)光方法，它們?yōu)楫?dāng)前的LED應(yīng)用所采用，通過(guò)控制交流電力波形來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光。正相調(diào)光方法通常工作于雙線供電的情況，無(wú)需額外的人力來(lái)鋪設(shè)第三根電線;它通常用于教堂、大禮堂、及學(xué)校等場(chǎng)合。反相調(diào)光方法昂貴得多，但它最大限度地降低了電磁干擾(EMI)問(wèn)題。不管采用什么調(diào)光方法，驅(qū)動(dòng)器的選擇必須能夠與該應(yīng)用中所使用的調(diào)光器相配合使用，對(duì)改造項(xiàng)目來(lái)說(shuō)尤其如此。
LED驅(qū)動(dòng)器的壽命
驅(qū)動(dòng)器壽命也應(yīng)該是一個(gè)主要的考量對(duì)象。如果LED陣列的溫度得到了恰當(dāng)?shù)目刂疲敲矗诠ぷ髁?萬(wàn)小時(shí)之后，其發(fā)光亮度應(yīng)該能夠達(dá)到初始發(fā)光亮度的70%以上。顯然.我們也會(huì)希望LED驅(qū)動(dòng)器能夠持續(xù)同樣長(zhǎng)久的壽命。
LED驅(qū)動(dòng)器的壽命由其內(nèi)部各種分立電子元器件的壽命所決定，特別是其中的薄弱環(huán)節(jié)，即電解電容器，它們就像小型的電池。其中的電解液通常是一種膠狀物，它會(huì)在器件的生存期間逐漸揮發(fā)。揮發(fā)速率取決于驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部溫度，而后者與作用于驅(qū)動(dòng)器外殼之上的外部溫度關(guān)系密切。溫度的升高會(huì)加速電解液的揮發(fā)，并因此而縮短電容器的工作壽命。
大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)簽上都有一個(gè)小圓圈，叫做“熱點(diǎn)”(hotspot)或“Tc點(diǎn)”。這里通常是驅(qū)動(dòng)器外殼上最熱的地方，被用來(lái)確定外殼的溫度。廠商會(huì)提供一個(gè)溫度值，根據(jù)UL認(rèn)證要求，此溫度值決不能被超越，否則產(chǎn)品就會(huì)失效。然而，要注意的是，如果讓驅(qū)動(dòng)器工作在溫度接近于此限制條件的環(huán)境，其使用壽命就會(huì)比工作于低溫環(huán)境下時(shí)變得短。廠商可以提供驅(qū)動(dòng)器使用壽命與其熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)聯(lián)曲線。圖3為一只典型LED驅(qū)動(dòng)器的“壽命/溫度”曲線實(shí)例。
圖3：驅(qū)動(dòng)器壽命隨溫度而變化。
要確保電解電容器的工作壽命在必要溫度條件下超過(guò)LED陣列的壽命，我們必須確保制造商使用了長(zhǎng)壽電解電容器。測(cè)量電源質(zhì)量
還有許多我們必須考慮的有關(guān)電源質(zhì)量的問(wèn)題。LED驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)手冊(cè)會(huì)引入許多讓人迷惑的術(shù)語(yǔ)，例如總諧波失真(THD)、功率因數(shù)(PF)、及普適輸入電壓等等。在選擇驅(qū)動(dòng)器的時(shí)候，要了解這些概念。
總諧波失真。正弦波的失真會(huì)導(dǎo)致潛在的危險(xiǎn)后果，比如電氣設(shè)備的過(guò)熱，甚至造成變壓器配電站的火災(zāi)。考慮到電氣設(shè)備中非線性負(fù)載的增長(zhǎng)，總諧波失真問(wèn)題正變得越來(lái)越重要。今天，小于20%的總諧波失真通常是可以接受的，而小于l0%的總諧波失真就是非常好的了。
功率因數(shù)。這是公用事業(yè)的一個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)，因?yàn)樗磻?yīng)了實(shí)際提供給設(shè)備的功率和儀表檢測(cè)到的功率之間的差別，后者將決定該設(shè)備的賬單。功率因數(shù)低意味著設(shè)施的使用成本更高。功率因數(shù)的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是0.9或更高;更低的功率因數(shù)值會(huì)帶來(lái)公共設(shè)施估價(jià)懲罰，等于是給電費(fèi)賬單施加了一個(gè)乘數(shù)。如果驅(qū)動(dòng)器說(shuō)明書(shū)沒(méi)有提及功率因數(shù)，那就將其默認(rèn)值作為正常功率因數(shù)，也就意味著它是低于0.9的任意值。一些最便宜照明產(chǎn)品的實(shí)際功率因數(shù)規(guī)格可能會(huì)低至0.4。雖然在住宅環(huán)境中功率因數(shù)通常沒(méi)有意義，當(dāng)我們要為工業(yè)或商業(yè)應(yīng)用安裝大批量的常規(guī)功率因數(shù)產(chǎn)品的時(shí)候，還是要予以十分的小心。
普適輸入電壓。在美國(guó)，大多數(shù)商業(yè)及工業(yè)照明工作于277V電壓，而消費(fèi)及零售照明電壓一般是120V。如果一只LED驅(qū)動(dòng)器能夠工作于兩種電壓之下，我們就說(shuō)它具有普適輸入電壓工作能力。一般認(rèn)為，這種適配能力是自動(dòng)和可逆的。照明分銷商喜歡儲(chǔ)備具有普適輸入電壓的產(chǎn)品，這樣他們就無(wú)需擔(dān)心電壓要求的問(wèn)題。
對(duì)多路輸出的歧義
現(xiàn)在讓我們專門(mén)討論一下驅(qū)動(dòng)器的輸出及多路輸出時(shí)可能導(dǎo)致的歧義問(wèn)題。術(shù)語(yǔ)“輸出”及“通道”經(jīng)常被混用，但業(yè)內(nèi)人士有必要搞清楚，“多路輸出”和“多個(gè)獨(dú)立輸出”之間是存在差別的。這種差別對(duì)燈具的可靠性有著重要的影響。
實(shí)現(xiàn)多路輸出的最簡(jiǎn)單的方法就是從一只單一的驅(qū)動(dòng)器中簡(jiǎn)單地引出多根導(dǎo)線來(lái)提供電流負(fù)載。在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部，這些導(dǎo)線全部被并聯(lián)在一起，給電流的流通提供多條通道。盡管非常簡(jiǎn)單，它卻帶來(lái)了一些重大的缺陷。
例如，這種驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有容錯(cuò)能力，且在多路輸出之間沒(méi)有好的電流平衡能力，其結(jié)果就是每個(gè)通道的亮度會(huì)不一樣。此外，如果一路LED負(fù)載發(fā)生短路，就會(huì)導(dǎo)致其他通道停止工作;如果一路負(fù)載發(fā)生斷路，則會(huì)讓其他各路負(fù)載來(lái)承受其額外電流，很可能導(dǎo)致它們出現(xiàn)過(guò)熱并因此而過(guò)早失效。即便在正常工作情況下，如果沒(méi)有對(duì)LED負(fù)載進(jìn)行嚴(yán)格的匹配，其各個(gè)輸出通道之間也會(huì)存在很嚴(yán)重的電流平衡問(wèn)題。
相反，具有多個(gè)獨(dú)立輸出的驅(qū)動(dòng)器(真正的多路輸出驅(qū)動(dòng)器)將單獨(dú)對(duì)每個(gè)輸出通道進(jìn)行電流調(diào)整，使之與其它各路輸出不產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。這種電路架構(gòu)讓每個(gè)通道都具有屬于自己的電流調(diào)整或出錯(cuò)保護(hù)能力，并幫助回答了“當(dāng)一路輸出(或照明引擎)失效的時(shí)候會(huì)對(duì)其它通道產(chǎn)生什么影響”這個(gè)問(wèn)題。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，一個(gè)有四路輸出的驅(qū)動(dòng)器，不是將其總輸出電流調(diào)整到1安培，而是將每個(gè)通道的理論輸出電流調(diào)整到250毫安，讓每路輸出都具有自己的控制電路，確保各LED負(fù)載之間亮度差異的最小化。
就拿我們ERG Lighting公司的E54W Archilume驅(qū)動(dòng)器為例子來(lái)看看這種驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)。這是一只更為超前的驅(qū)動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了不同的輸出組合。其四路輸出中每路的電流為35毫安，它們不僅可以獨(dú)立輸出，也可以將兩個(gè)通道連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路700毫安的輸出。不僅如此，E54W還支持許多其它輸出組合方式。將一路輸出空置或不經(jīng)意地短路，都不會(huì)給其它未受影響的通道帶來(lái)性能的變化。
折衷選擇
最后，需要了解驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的折衷問(wèn)題，以及它們?nèi)绾螌?duì)遴選過(guò)程帶來(lái)影響。成本因素可能要求對(duì)特性或性能進(jìn)行取合。以下是需要考慮的五種潛在的折衷因素。
輸出紋波。要制作基本沒(méi)有電流紋波的LED驅(qū)動(dòng)器，直截了當(dāng)?shù)姆椒ň褪遣捎脙蓚€(gè)電源轉(zhuǎn)換級(jí)：初級(jí)電路產(chǎn)生穩(wěn)定的電源供應(yīng)，次級(jí)電路則產(chǎn)生所需的輸出電流。兩級(jí)電路設(shè)計(jì)含有兩個(gè)控制芯片和兩個(gè)高頻變壓器，價(jià)格也更貴。只使用一級(jí)電源轉(zhuǎn)換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入端的功率因數(shù)校正(PFC)和輸出電流控制，則會(huì)顯著降低驅(qū)動(dòng)器的成本。現(xiàn)在的折衷方案就是，要么功率因數(shù)校正功能不夠完善，要么在輸出端產(chǎn)生以兩倍工頻頻率呈現(xiàn)的50%幅度的紋波。
啟動(dòng)時(shí)間。啟動(dòng)時(shí)間也是成本與效益之間折衷處理的一個(gè)方面。獲得快速啟動(dòng)時(shí)間的一種方法就是使用大功率將所有的電容器迅速充滿電荷。不過(guò)，這個(gè)大功率將會(huì)持續(xù)存在，它會(huì)降低照明系統(tǒng)的工作效率。可以加入別的元器件來(lái)把大功率電路關(guān)閉，但代價(jià)是引入了額外的成本。值得考慮的是，快速啟動(dòng)特性究竟是不是應(yīng)用所要求的?——例如，大多數(shù)的HID路燈需要花費(fèi)1分鐘左右的時(shí)間來(lái)啟動(dòng)，這樣，就根本沒(méi)有必要讓LED路燈在一秒中之內(nèi)開(kāi)始工作，因?yàn)檫@對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是無(wú)關(guān)緊要的，并且一天只會(huì)啟動(dòng)一次。
調(diào)光級(jí)別和效率。盡管調(diào)光領(lǐng)域也在不斷取得進(jìn)展，但總的來(lái)說(shuō)，要獲得更低的調(diào)光水平，代價(jià)就是更低的效率。
成本與效率。一般來(lái)說(shuō)，使用更大號(hào)的開(kāi)關(guān)晶體管和高頻變壓器會(huì)提升LED驅(qū)動(dòng)器的效率，但也會(huì)增加成本。
普適輸入電壓和成本。支持普適輸入電壓的產(chǎn)品，其元器件和性能使之既適用于在高輸入電壓下工作，又適合在大輸入電流情況下工作。在低壓情況下你需要更高的電流。這里的代價(jià)就是，你為兩者都付出了代價(jià)，且購(gòu)買(mǎi)單電壓產(chǎn)品能夠獲得更佳的性能。然而，燈具代工廠常常不知道產(chǎn)品需要的電壓將會(huì)是什么，因此為更昂貴的普適輸入電壓特性埋單通常是值得的。
為你的項(xiàng)目所需的LED驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行評(píng)估和遴選，并不一定就是一項(xiàng)令人生畏的任務(wù)。恰如前面的討論中所述及的，正確了解諸如電流與電壓、LED電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)光及閃爍的因素、以及多路和獨(dú)立輸出等等概念，將有助于你向驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)商提出正確的問(wèn)題，并幫你確認(rèn)哪些才是最重要的特性，幫助你優(yōu)化照明系統(tǒng)的性能。
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