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浅析无闪烁、无电解电容的LED驱动方案

http://www.ec.hc360.com2013年03月21日15:24 来源:中国电力电子产业网T|T
   【慧聪电子网】现阶段电解与电容寿命最高仅达5,000小时,且单价昂贵,不仅无法符合LED光源使用时间长达2万小时以上的要求,且垫高LED驱动器整体物料清单(BOM)成本,与LED照明系统商的低成本和长寿命产品策略背道而驰,无电解、电容LED驱动器方案遂应运而生。

    严宗福表示,LED照明灯具运作温度高达80100℃,然电解与电容在高温下容易干燥,故采内建电解、电容的LED可调光驱动器,工作寿命无法超过数千小时,拖累LED照明灯具寿命。

    周俊宏指出,无电解及电容的LED驱动器方案,虽可缩减成本、体积及寿命,但会产生输出电流涟波大的缺陷,造成LED光源闪烁、寿命衰退及效率下降的问题,解决之道是加入线性稳压器(LDO),抑或藉由控制模式调降LED驱动器的输出电流涟波。

    在输出电流涟波下降之下,可改采成本及尺寸较小的陶瓷电容,避免引发光源闪烁。    

    不仅是匹配TRIAC调光与长寿命,为增加外观的设计弹性,LED照明系统商对于更小体积的LED驱动器同样需求殷切,正借助反驰式初级侧调节(PSR)拓扑架构LED驱动器缩减尺寸及成本,加速LED居家照明普及。

    扩展TRIAC调光范围,LED驱动器商竞推专利线路

    除了无电解电容方案外,兼容于TRIAC的闪烁窒碍也是LED驱动器厂商的一大难题。为开发出具宽广TRIAC调光范围且无闪烁LED灯具,LED驱动芯片业者正陆续导入自行开发的专利线路,以突破长久以来的技术桎梏,加速兼容于TRIAC调光的LED灯具市场渗透率扩大。

    Fairchild技术营销总监严宗福表示,Fairchild旗下支持TRIAC的LED驱动器已导入主动式泄流(ActiveBleeder)特有线路,可加大保持电流(HoldingCurrent)范围,藉此解决LED灯具闪烁问题,同时延展调光范围达10100%,实现如传统光源多层次调光。

    目前市面上TRIAC调光器规格参差不齐,因此大多数支持TRIAC功能的LED驱动器难以符合所有调光器最低的保持电流要求,为执行TRIAC调光,LED驱动器须调降输出电压,再提供给灯具使用,容易导致导通电流降至0,此将断断续续产生照明关闭的窘境,造成光源闪烁的情况发生。

    严宗福指出,为解决光源闪烁的窒碍,Fairchild藉由在LED驱动器配备主动式泄流专利线路,扩张保持电流范围,使具备TRIAC调光功能的LED驱动器能支持最小的保持电流,避免TRIAC调光断电。

    德州仪器(TI)亚洲区模拟产品市场开发资深市场营销工程师周俊宏强调,相较于传统光源动辄数十瓦以上,大多数LED居家照明皆在10瓦以内,因此导通电流较小,较易引发光源闪烁的问题,有鉴于此,德州仪器已于LED驱动器内建自行研发的译码(Decoding)专利线路,以侦测TRIAC调降后的输入电压,再供应TRIAC调光所需的最低保持电流,确保LED驱动器电流可持续导通。

    另一方面,为实现如传统光源的多层次调光,灯具系统商对于更宽广的调光范围要求更为严苛,从过去的30100%调光范围,已进阶至10100%,此亦增加LED驱动器的设计难度。

    周俊宏表示,现透过专利线路,大多数LED驱动器厂商已能克服扩大调光范围的技术难题。事实上,随着各家技术迭有进展,预期未来更多适用于TRIAC调光的LED驱动器解决方案将会竞出笼,恐将使价格战起,不过,有别于传统光源及电源的设计架构,应用于照明的LED驱动器开发仍须经验累积,因此持续提高产品附加价值与性价比,将为赢得更多客户青睐的不二法门。

    PSR架构助攻LED居家照明成本续降

    LED驱动器供货商正积极藉由在PSR内建替代二次侧(SecondarySide)的回授电路,以在不牺牲负载电流精准度之下,提供低成本与小尺寸的LED驱动器方案,从而降低20瓦以下居家照明成本。

    阿瑟莱特策略营销部项目经理苏壬穗表示,相较于二次侧架构,PSR线路设计较简化,其省却二次侧架构的回授线路及相关组件如二极管、电解及电容,由于组件数量减少,可大幅降低LED驱动器的体积与BOM成本,适用于诉求低成本的居家照明,且符合居家照明微小化灯座的要求。

    周俊宏指出,为加速扩大LED居家照明市场渗透率,今年照明系统业者将主打低价居家照明产品,因此能显着减低成本的PSR架构LED驱动器方案更能赢得市场的青睐,将是今年德州仪器的布局重点。

    事实上,今年上半年,Fairchild、德州仪器、恩智浦(NXP)、阿瑟莱特等已轮番推出PSR架构的LED驱动器方案,足见该产品在LED居家照明市场的热度。

    然而,PSR虽免却回授电路,却导致难侦测大功率输出电压与电流的变化,且易受杂散讯号影响,降低负载电流的精准度。也因此,半导体厂商正藉由在LED驱动器置入具备回授功能的专利线路,以提高负载电流的精准度。

    严宗福提到,着眼于PSR搭配传统TRIAC调光为居家与商业照明大宗市场,Fairchild已开发出取代二次侧回授的专利线路TRUECURRENT,藉此侦测出负载的电流量,再透过整合反驰式架构、MOSFET开关及TRIAC讯号,运算出精准的脉冲宽度调变(PWM)输出讯号,提供准确的负载电流,负载电流准确度最高可达±3%。

    阿瑟莱特更透过自有线路搭配,将PSR架构LED驱动器的周边组件数减少,藉此缩减成本与体积。

    苏壬穗指出,随着更高整合度的居家照明LED驱动器方案需求增温,且为符合美国能源之星(EnergyStar)与国际电工委员会(IEC)对于功率因子校正(PFC)须达0.9以上的要求,阿瑟莱特正试图在PSR架构LED驱动器内整合调光、PFC等元件,戮力减低周边组件数量达十五颗以下。

    除阿瑟莱特外,包括Fairchild、德州仪器、恩智浦等业者亦已朝此方向发展,甚至纷纷计划于下半年或明年,推出整合金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)的更高整合度PSR架构LED驱动器方案。

    兼容于TRIAC调光、PSR架构及高整合度方案已为LED驱动器厂商共同的产品发展方向,外商为寻求LED驱动器差异化,将持续透过高整合度,以及附加过电压保护(OVP)、过温度保护(OTP)、过电流保护(OCP)等功能,以提高产品附加价值,避免流于削价竞争。

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