化繁为简:让LED驱动器的选择变得容易(下)
前言Scott Bamey携着开发者走过固态照明系统驱动器选择的决策树,指出其潜在的问题,并指明常用规格选项的成本和效益。

本文将作为一篇指导文章(下篇),将帮助你顺利通过并简化这个复杂的LED驱动器选择流程,理解相关的特征并将它们应用于手边的实际应用,同时向你的LED驱动器供应商提出正确的问题。


作为LED驱动电路选择过程的一部分,照明产品开发者、甚至职业照明设计者或规格制定者,有义务去弄明白这些概念,例如基于电流和基于电压的驱动器的选择、将驱动器和LED电路拓扑进行匹配的流程、调光及闪烁的因素、何时及如何选择多路输出、以及其它的问题。


LED驱动器的寿命

驱动器寿命也应该是一个主要的考量对象。如果LED阵列的温度得到了恰当的控制,那么,在工作了5万小时之后,其发光亮度应该能够达到初始发光亮度的70%以上。显然.我们也会希望LED驱动器能够持续同样长久的寿命。


LED驱动器的寿命由其内部各种分立电子元器件的寿命所决定,特别是其中的薄弱环节,即电解电容器,它们就像小型的电池。其中的电解液通常是一种胶状物,它会在器件的生存期间逐渐挥发。挥发速率取决于驱动器的内部温度,而后者与作用于驱动器外壳之上的外部温度关系密切。温度的升高会加速电解液的挥发,并因此而缩短电容器的工作寿命。


大多数LED驱动器的标签上都有一个小圆圈,叫做“热点”(hotspot)或“Tc点”。这里通常是驱动器外壳上最热的地方,被用来确定外壳的温度。厂商会提供一个温度值,根据UL认证要求,此温度值决不能被超越,否则产品就会失效。


然而,要注意的是,如果让驱动器工作在温度接近于此限制条件的环境,其使用寿命就会比工作于低温环境下时变得短。厂商可以提供驱动器使用寿命与其热点温度之间的关联曲线。图3为一只典型LED驱动器的“寿命/温度”曲线实例。


图3驱动器寿命随温度而变化。


要确保电解电容器的工作寿命在必要温度条件下超过LED阵列的寿命,我们必须确保制造商使用了长寿电解电容器。


电源质量的测量

还有许多我们必须考虑的有关电源质量的问题。LED驱动器的数据手册会引入许多让人迷惑的术语,例如总谐波失真(THD)、功率因数(PF)、及普适输入电压等等。在选择驱动器的时候,要了解这些概念。


总谐波失真。

正弦波的失真会导致潜在的危险后果,比如电气设备的过热,甚至造成变压器配电站的火灾。考虑到电气设备中非线性负载的增长,总谐波失真问题正变得越来越重要。今天,小于20%的总谐波失真通常是可以接受的,而小于l0%的总谐波失真就是非常好的了。


功率因数。

这是公用事业的一个主要关注点,因为它反应了实际提供给设备的功率和仪表检测到的功率之间的差别,后者将决定该设备的账单。功率因数低意味着设施的使用成本更高。功率因数的传统标准是0.9或更高;更低的功率因数值会带来公共设施估价惩罚,等于是给电费账单施加了一个乘数。


如果驱动器说明书没有提及功率因数,那就将其默认值作为正常功率因数,也就意味着它是低于0.9的任意值。一些最便宜照明产品的实际功率因数规格可能会低至0.4。


虽然在住宅环境中功率因数通常没有意义,当我们要为工业或商业应用安装大批量的常规功率因数产品的时候,还是要予以十分的小心。


普适输入电压。

在美国,大多数商业及工业照明工作于277V电压,而消费及零售照明电压一般是120V。如果一只LED驱动器能够工作于两种电压之下,我们就说它具有普适输入电压工作能力。一般认为,这种适配能力是自动和可逆的。照明分销商喜欢储备具有普适输入电压的产品,这样他们就无需担心电压要求的问题。


多路输出的歧义

现在让我们专门讨论一下驱动器的输出及多路输出时可能导致的歧义问题。术语“输出”及“通道”经常被混用,但业内人士有必要搞清楚,“多路输出”和“多个独立输出”之间是存在差别的。这种差别对灯具的可靠性有着重要的影响。


实现多路输出的最简单的方法就是从一只单一的驱动器中简单地引出多根导线来提供电流负载。在驱动器内部,这些导线全部被并联在一起,给电流的流通提供多条通道。尽管非常简单,它却带来了一些重大的缺陷。


例如,这种驱动器没有容错能力,且在多路输出之间没有好的电流平衡能力,其结果就是每个通道的亮度会不一样。此外,如果一路LED负载发生短路,就会导致其他通道停止工作;如果一路负载发生断路,则会让其他各路负载来承受其额外电流,很可能导致它们出现过热并因此而过早失效。


即便在正常工作情况下,如果没有对LED负载进行严格的匹配,其各个输出通道之间也会存在很严重的电流平衡问题。


相反,具有多个独立输出的驱动器(真正的多路输出驱动器)将单独对每个输出通道进行电流调整,使之与其它各路输出不产生关联。这种电路架构让每个通道都具有属于自己的电流调整或出错保护能力,并帮助回答了“当一路输出(或照明引擎)失效的时候会对其它通道产生什么影响”这个问题。


举个例子来说,一个有四路输出的驱动器,不是将其总输出电流调整到1安培,而是将每个通道的理论输出电流调整到250毫安,让每路输出都具有自己的控制电路,确保各LED负载之间亮度差异的最小化。


就拿我们ERG Lighting公司的E54W Archilume驱动器为例子来看看这种驱动器的优势。这是一只更为超前的驱动器,实现了不同的输出组合。其四路输出中每路的电流为35毫安,它们不仅可以独立输出,也可以将两个通道连接起来实现两路700毫安的输出。


不仅如此,E54W还支持许多其它输出组合方式。将一路输出空置或不经意地短路,都不会给其它未受影响的通道带来性能的变化。


折衷考虑

最后,需要了解驱动器设计中常见的折衷问题,以及它们如何对遴选过程带来影响。成本因素可能要求对特性或性能进行取合。以下是需要考虑的五种潜在的折衷因素。


输出纹波。

要制作基本没有电流纹波的LED驱动器,直截了当的方法就是采用两个电源转换级:初级电路产生稳定的电源供应,次级电路则产生所需的输出电流。两级电路设计含有两个控制芯片和两个高频变压器,价格也更贵。只使用一级电源转换电路来实现输入端的功率因数校正(PFC)和输出电流控制,则会显著降低驱动器的成本。


现在的折衷方案就是,要么功率因数校正功能不够完善,要么在输出端产生以两倍工频频率呈现的50%幅度的纹波。


启动时间。

启动时间也是成本与效益之间折衷处理的一个方面。获得快速启动时间的一种方法就是使用大功率将所有的电容器迅速充满电荷。不过,这个大功率将会持续存在,它会降低照明系统的工作效率。可以加入别的元器件来把大功率电路关闭,但代价是引入了额外的成本。


值得考虑的是,快速启动特性究竟是不是应用所要求的?——例如,大多数的HID路灯需要花费1分钟左右的时间来启动,这样,就根本没有必要让LED路灯在一秒中之内开始工作,因为这对用户来说是无关紧要的,并且一天只会启动一次。


调光级别和效率。

尽管调光领域也在不断取得进展,但总的来说,要获得更低的调光水平,代价就是更低的效率。


成本与效率。

一般来说,使用更大号的开关晶体管和高频变压器会提升LED驱动器的效率,但也会增加成本。


普适输入电压和成本。

支持普适输入电压的产品,其元器件和性能使之既适用于在高输入电压下工作,又适合在大输入电流情况下工作。在低压情况下你需要更高的电流。这里的代价就是,你为两者都付出了代价,且购买单电压产品能够获得更佳的性能。


然而,灯具代工厂常常不知道产品需要的电压将会是什么,因此为更昂贵的普适输入电压特性埋单通常是值得的。


为你的项目所需的LED驱动器进行评估和遴选,并不一定就是一项令人生畏的任务。恰如前面的讨论中所述及的,正确了解诸如电流与电压、LED电路拓扑结构、调光及闪烁的因素、以及多路和独立输出等等概念,将有助于你向驱动器供应商提出正确的问题,并帮你确认哪些才是最重要的特性,帮助你优化照明系统的性能。


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