【導(dǎo)讀】很多工程師在面對LED驅(qū)動器選擇時都會猶豫不決，相信閱讀完本文后，今后在面對LED驅(qū)動器的選擇時，不再猶豫。只要理解了LED驅(qū)動器的相關(guān)特征和實際應(yīng)用，這些問題都將迎刃而解。
恒壓/恒流的判定
開發(fā)者面對的第一個問題幾乎總是對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，并可能有多個并聯(lián)在一起的這種LED串。
在兩種情況下你將會選擇恒壓陣列：
1.你尚未決定你的LED陣列，并且你不能確切知道多少LED會被串聯(lián)在一起供電，或者不知道其所需的電流將會是多少(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)動電流，你可能就會選擇恒流陣列，因為那通常是最有效率的組合。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)動器。這種類型的驅(qū)動器將僅在一個特定的電壓范圍內(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許可的范圍之內(nèi)。
下面的表格討論了各種AC-DC驅(qū)動器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點和應(yīng)用。驅(qū)動器的選擇沒有對與錯之分。實際上，你需要做的，就是將應(yīng)用的需求與驅(qū)動電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。下面讓我們來探討一些專門的問題。
另一個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感知及(或)能量守恒方面的問題。了解人的視覺特性將有助于我們選擇正確的燈具特征。人眼對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%的時候，對大多數(shù)人來說，將很難注意到這種變化，而即便調(diào)低到10%，也僅僅是讓人感覺稍微暗了一些。因此，要得到可覺察的視覺調(diào)光效果，你就得能夠?qū)⒐庹諒姸日{(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%的時候就沒有意義了。實際上，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，這一點是非常重要的。從節(jié)能的角度來看，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，雖然1%以上范圍的調(diào)光，對人眼的感知來說沒有太大的益處，但即便是較小范圍的調(diào)光效果，也會帶來巨大的節(jié)能效益。
圖2：反相調(diào)光方法“切除”交流輸入電壓每個半周的后沿部分。
閃爍問題的討論
調(diào)光帶來了閃爍，以及“多大的閃爍是不能接受的”這個問題。在照明業(yè)界，對閃爍定義是光照(或LED電流)以兩倍工頻頻率波動所占的百分比，它用LED的穩(wěn)定光照(或直流電流)的分?jǐn)?shù)來表示。
二十年前，磁性鎮(zhèn)流器推動了熒光燈管的發(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)人不能感覺到這種閃爍，但它確實給一些人造成了頭痛和其他緊張癥狀。針對磁性鎮(zhèn)流器帶來的閃爍所引起的這種不適，人們開發(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問題，是因為閃爍的解決并不簡單?，F(xiàn)代LED燈具的閃爍，其燈光波動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察。我們建議，對工作和辦公室照明來說，LED驅(qū)動器的紋波輸出要低于10%，而對裝飾用LED照明(如槽燈、壁燈、戶外照明，等等)來說，即便l00%的閃爍也可能是可接受的。
調(diào)光方法及閃爍問題
不幸的是，調(diào)光方法可能會導(dǎo)致閃爍。LED驅(qū)動電路的輸出構(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)動器通過快速切換LED發(fā)光的通斷來實現(xiàn)調(diào)光，這個過程叫做脈沖寬度調(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，只是覺察到的光照略有減少。
然而，存在著這樣一類簡單的LED可調(diào)光驅(qū)動器，它們只是簡單地以兩倍工頻的頻率對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。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)半周實現(xiàn)相同的調(diào)光，就會導(dǎo)致一個工頻成分出現(xiàn)在PWM之中，產(chǎn)生出任何人都可以覺察的閃爍。
其他LED驅(qū)動器產(chǎn)生一個恒定的直流電流，調(diào)光器通過調(diào)低該直流電流來實現(xiàn)調(diào)光的功能。這種調(diào)光方法有時被稱作模擬調(diào)光。對工作及辦公室照明來說，這是最穩(wěn)妥的調(diào)光方法，雖然它很可能會比數(shù)字調(diào)光方法更加昂貴。
還有一個問題是如何把調(diào)節(jié)信息傳遞給驅(qū)動器。很多情況下，驅(qū)動器必須與傳統(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，通過控制交流電力波形來實現(xiàn)調(diào)光。正相調(diào)光方法通常工作于雙線供電的情況，無需額外的人力來鋪設(shè)第三根電線;它通常用于教堂、大禮堂、及學(xué)校等場合。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)問題。不管采用什么調(diào)光方法，驅(qū)動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，對改造項目來說尤其如此。
LED驅(qū)動器的壽命
驅(qū)動器壽命也應(yīng)該是一個主要的考量對象。如果LED陣列的溫度得到了恰當(dāng)?shù)目刂?，那么，在工作?萬小時之后，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.我們也會希望LED驅(qū)動器能夠持續(xù)同樣長久的壽命。
LED驅(qū)動器的壽命由其內(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，它會在器件的生存期間逐漸揮發(fā)。揮發(fā)速率取決于驅(qū)動器的內(nèi)部溫度，而后者與作用于驅(qū)動器外殼之上的外部溫度關(guān)系密切。溫度的升高會加速電解液的揮發(fā)，并因此而縮短電容器的工作壽命。
大多數(shù)LED驅(qū)動器的標(biāo)簽上都有一個小圓圈，叫做“熱點”(hotspot)或“Tc點”。這里通常是驅(qū)動器外殼上最熱的地方，被用來確定外殼的溫度。廠商會提供一個溫度值，根據(jù)UL認(rèn)證要求，此溫度值決不能被超越，否則產(chǎn)品就會失效。然而，要注意的是，如果讓驅(qū)動器工作在溫度接近于此限制條件的環(huán)境，其使用壽命就會比工作于低溫環(huán)境下時變得短。廠商可以提供驅(qū)動器使用壽命與其熱點溫度之間的關(guān)聯(lián)曲線。圖3為一只典型LED驅(qū)動器的“壽命/溫度”曲線實例。
圖3：驅(qū)動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LED陣列的壽命，我們必須確保制造商使用了長壽電解電容器。測量電源質(zhì)量
還有許多我們必須考慮的有關(guān)電源質(zhì)量的問題。LED驅(qū)動器的數(shù)據(jù)手冊會引入許多讓人迷惑的術(shù)語，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)動器的時候，要了解這些概念。
總諧波失真。正弦波的失真會導(dǎo)致潛在的危險后果，比如電氣設(shè)備的過熱，甚至造成變壓器配電站的火災(zāi)?？紤]到電氣設(shè)備中非線性負(fù)載的增長，總諧波失真問題正變得越來越重要。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)的一個主要關(guān)注點，因為它反應(yīng)了實際提供給設(shè)備的功率和儀表檢測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)值會帶來公共設(shè)施估價懲罰，等于是給電費賬單施加了一個乘數(shù)。如果驅(qū)動器說明書沒有提及功率因數(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)品的實際功率因數(shù)規(guī)格可能會低至0.4。雖然在住宅環(huán)境中功率因數(shù)通常沒有意義，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)品的時候，還是要予以十分的小心。
普適輸入電壓。在美國，大多數(shù)商業(yè)及工業(yè)照明工作于277V電壓，而消費及零售照明電壓一般是120V。如果一只LED驅(qū)動器能夠工作于兩種電壓之下，我們就說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和可逆的。照明分銷商喜歡儲備具有普適輸入電壓的產(chǎn)品，這樣他們就無需擔(dān)心電壓要求的問題。
對多路輸出的歧義
現(xiàn)在讓我們專門討論一下驅(qū)動器的輸出及多路輸出時可能導(dǎo)致的歧義問題。術(shù)語“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“多個獨立輸出”之間是存在差別的。這種差別對燈具的可靠性有著重要的影響。
實現(xiàn)多路輸出的最簡單的方法就是從一只單一的驅(qū)動器中簡單地引出多根導(dǎo)線來提供電流負(fù)載。在驅(qū)動器內(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。盡管非常簡單，它卻帶來了一些重大的缺陷。
例如，這種驅(qū)動器沒有容錯能力，且在多路輸出之間沒有好的電流平衡能力，其結(jié)果就是每個通道的亮度會不一樣。此外，如果一路LED負(fù)載發(fā)生短路，就會導(dǎo)致其他通道停止工作;如果一路負(fù)載發(fā)生斷路，則會讓其他各路負(fù)載來承受其額外電流，很可能導(dǎo)致它們出現(xiàn)過熱并因此而過早失效。即便在正常工作情況下，如果沒有對LED負(fù)載進(jìn)行嚴(yán)格的匹配，其各個輸出通道之間也會存在很嚴(yán)重的電流平衡問題。
相反，具有多個獨立輸出的驅(qū)動器(真正的多路輸出驅(qū)動器)將單獨對每個輸出通道進(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)讓每個通道都具有屬于自己的電流調(diào)整或出錯保護(hù)能力，并幫助回答了“當(dāng)一路輸出(或照明引擎)失效的時候會對其它通道產(chǎn)生什么影響”這個問題。舉個例子來說，一個有四路輸出的驅(qū)動器，不是將其總輸出電流調(diào)整到1安培，而是將每個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)動器為例子來看看這種驅(qū)動器的優(yōu)勢。這是一只更為超前的驅(qū)動器，實現(xiàn)了不同的輸出組合。其四路輸出中每路的電流為35毫安，它們不僅可以獨立輸出，也可以將兩個通道連接起來實現(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，都不會給其它未受影響的通道帶來性能的變化。
折衷選擇
最后，需要了解驅(qū)動器設(shè)計中常見的折衷問題，以及它們?nèi)绾螌﹀噙x過程帶來影響。成本因素可能要求對特性或性能進(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。要制作基本沒有電流紋波的LED驅(qū)動器，直截了當(dāng)?shù)姆椒ň褪遣捎脙蓚€電源轉(zhuǎn)換級：初級電路產(chǎn)生穩(wěn)定的電源供應(yīng)，次級電路則產(chǎn)生所需的輸出電流。兩級電路設(shè)計含有兩個控制芯片和兩個高頻變壓器，價格也更貴。只使用一級電源轉(zhuǎn)換電路來實現(xiàn)輸入端的功率因數(shù)校正(PFC)和輸出電流控制，則會顯著降低驅(qū)動器的成本?，F(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。
啟動時間。啟動時間也是成本與效益之間折衷處理的一個方面。獲得快速啟動時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，這個大功率將會持續(xù)存在，它會降低照明系統(tǒng)的工作效率?？梢约尤雱e的元器件來把大功率電路關(guān)閉，但代價是引入了額外的成本。值得考慮的是，快速啟動特性究竟是不是應(yīng)用所要求的?——例如，大多數(shù)的HID路燈需要花費1分鐘左右的時間來啟動，這樣，就根本沒有必要讓LED路燈在一秒中之內(nèi)開始工作，因為這對用戶來說是無關(guān)緊要的，并且一天只會啟動一次。
調(diào)光級別和效率。盡管調(diào)光領(lǐng)域也在不斷取得進(jìn)展，但總的來說，要獲得更低的調(diào)光水平，代價就是更低的效率。
成本與效率。一般來說，使用更大號的開關(guān)晶體管和高頻變壓器會提升LED驅(qū)動器的效率，但也會增加成本。
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。這里的代價就是，你為兩者都付出了代價，且購買單電壓產(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。
為你的項目所需的LED驅(qū)動器進(jìn)行評估和遴選，并不一定就是一項令人生畏的任務(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、以及多路和獨立輸出等等概念，將有助于你向驅(qū)動器供應(yīng)商提出正確的問題，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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