与LED公司必须携手合作才能实现高效率LED照明

交付充分符合设计要求 – 降低功耗、延长寿命和提高效率 – 的实际LED照明系统，现在已成为现实。LED照明正日益广泛应用于众多应用，但不得不面临着集成到仍由白炽灯主导的产品中去的竞争局面。其中一个例子是，面临着如何应对旧有灯泡类型的挑战，而这些灯泡类型相对于LED技术而言，远远不够理想。另一个例子是，我们为白炽照明开发的、安装于无数的家庭、办公室、工作空间和公共空间的控制系统，并不适合功耗极低的LED驱动器电源。

设计工程师已非常善于将相当复杂的电源系统装入传统的灯泡装置。然而，在调光方面仍存在诸多问题，因此LED和电源系统制造商已开始合作推出高效、实用和可靠的参考设计，通过实例来说明究竟可以实现哪些以及如何实现解决方案。

其中有一个这样的参考设计详细介绍了一款PAR38射灯的设计过程，该射灯基于Cree的EasyWhiteLED设计而成，其驱动电源采用了Power Integrations的LYTSwitchTM系列LED驱动器IC。Cree位于圣芭芭拉技术中心的应用工程师Mark Youmans解释说：“该设计的关键挑战其实是热管理问题，因为其应用是射灯，并且平滑调光也是要求之一;电源需要实现高效率，同时具备出色的调光能力。”

Cree的应用指南CLDA P117 REV0详细介绍了一款使用该公司的36伏XLamp MT-G2 EasyWhiteLED阵列设计的150 W等效窄射束PAR38替换灯。这是第一个采用Cree的下一代碳化硅LED平台SC³ Technology™制造而成的此类LED阵列。

MT-G2阵列可以提供比前代产品多达25%的流明数，同时占用同样的空间，且以同样的驱动条件进行工作。新设计是对现有产品的随加即用式改造替换。Youmans接着说：“我们的团队决定设计出L70使用寿命达50,000小时的LED灯(工作50,000小时后，LED的光通量至少相当于其原始光通量的70%)，该性能符合最新的能源之星要求。我们使用了一个市场上有售的精良、轻型、抛物面镀铝反射灯(PAR)外形因素的散热片设计，并与业界领先的驱动器和光学器件合作伙伴密切合作，设计出高度集成的优化系统。”

PAR38射灯设计的驱动器采用了Power Integrations最新推出的LYTSwitch IC系列器件LYT4317E IC，该系列器件能够在灯管替换应用和工矿灯照明中实现精确调整和高效率，同时在可控硅调光灯泡应用中提供出色的性能。Power Integrations的DER-350 介绍了一款功率因数高于0.98的20 W隔离反激式LED驱动器。

LYTSwitch IC同时包含控制器和一个集成式670 V功率MOSFET。它们可用于单级反激式拓扑结构，从而提供初级侧调节的恒流隔离输出，同时使AC输入保持高功率因数。除提供高效率外，该拓扑结构还可实现低THD和低元件数。

LYTSwitch IC还可提供全面的保护功能，包括针对控制环路开环和输出短路条件的自动重启动、可提供增强的抗输入故障和浪涌能力的输入过压保护，以及可确保在所有条件下实现安全的平均PCB温度的精确迟滞热关断保护。

图1中所示为一款隔离式、高功率因数(PF)、可控硅调光的LED驱动器的电路原理图，该驱动器可以在90 VAC至132 VAC的输入电压范围内为额定电压36 V的LED灯串提供典型值550 mA的电源。

图1 DER-350电路原理图

由于LED照明系统的功耗比传统技术解决方案低得多，灯具所消耗的电流要小于调光器内可控硅的维持电流。这样会因为可控硅导通不一致而产生不良情况，如闪烁。由于LED灯的阻抗相对较大，因此在可控硅导通时，浪涌电流会对输入电容进行充电，产生很严重的振荡。这同样会造成类似不良情况，因为振铃会使可控硅电流降低至可控硅的维持电流以下，再次造成闪烁。

要克服这些问题，需要增加有源衰减电路和无源泄放电路。这些电路的缺点是会增大功耗，进而降低电源的效率。对于非调光应用，可以省略这些元件。

有源衰减电路由元件R6、R28、R29、D10、Q1、Q3、C3、VR5以及R8共同组成。该电路可以限制可控硅导通时流入输入电容C2和C4并对其充电的浪涌电流，实现方式是在导通前~0.5ms内将电阻R8串联。在大约0.5 ms后，Q1导通并将电阻R8短路。这样可使R8的功耗保持在低水平，在限流时可以使用更大的值。电阻R6、R29和电阻C3在可控硅导通后提供0.5 ms延迟。晶体管Q3在可控硅不导通时对电容C3进行放电，VR5将Q1的栅极电压箝位在15 V，R28用于防止MOSFET发生振荡。

无源泄放电路由C1和R1构成。这样可以使输入电流始终大于可控硅的维持电流，而驱动器的输入电流将在每个AC半周期内增大，防止每个导通期间的起始阶段出现可控硅开关振荡。

Cree Services提供了一套完整的针对LED照明的热、电、机械、光度及光学测试(TEMPO)