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离线线性电流驱动助阵LED灯管兼顾成本与

发布时间:2019-08-15 20:02:31

  电解电容是造成现今灯管驱动电路寿命缩短及设计成本增加的元凶,因此开发商皆致力研发毋须搭配电解电容的新方案。其中,离线式线性定电流驱动器,由于没有使用磁性元件且物料清单(BOM)数量较少,故有助打造兼顾体积及成本的LED灯管。

  油电双涨及核四议题的争议下,节约能源已不再是挂在嘴边的口号。家电产品为了获得节能标章,普遍使用变频技术来提升效能,若使用具有变频器的电冰箱或冷气机,每月可省下约20%?40%电力,若换算成电费则可省下一笔可观的家庭开销。家电中除了电视和电冰箱几乎天天使用外,照明更是每天不可或缺的必需品,所以照明系统的耗电量也是相当可观。

  当台湾发光二极体(LED)照明渗透率达20%时,可节省电力消耗2.56%,约核一厂一个机组的发电量;当渗透率达50%时,省下的电力已超过核四厂发电量的一半;渗透率100%时,则省下1.1座核四厂的发电量。使用高效能LED节能照明系统,其优点为发光效率可达80流明瓦(lm/W)以上,已远高于白炽灯和省电灯泡。假如LED灯搭配上合适的器,其发光效率甚至可高达100lm/W。本文主要介绍使用高亮度LED搭配离线式线性定电流LED驱动器,实现节能照明系统的设计方针。

  LED驱动器在目前照明市场上可分为离线式线性定电流LED驱动器、切换式LED驱动器及阻容降压式LED驱动器。这三种电路拓扑,主要功能是控制流经LED电流,经由不同的控制架构产生一固定的电流值(Constant Current),此固定的电流使LED激发出的光通量,以下对上述三种LED驱动电路做简单的说明。

  离线式线性定电流驱动器成本低

  图1所示为离线式定电流LED驱动电路,主要由桥式整流器、离线式线性定电流驱动器DS6609及LED灯所组成。由于驱动电路中只使用到几颗电阻与陶瓷电容,并没有使用到电解电容与磁性元件,因此不会有因为电解电容使用寿命的限制,而导致驱动电路使用寿命降低的问题,且可大幅缩减驱动电路的体积与降低驱动电路的成本。驱动电路中,离线式线性定电流LED驱动器,其可用来驱动由多颗LED灯串接在一起所组成的HV LED灯,依据不同的输入电压大小,来控制LED灯串。当输入电压高于LED灯串的总顺向电压时,此时驱动电路开始工作,以一定电流来驱动LED灯串,此控制方式不但使LED产生流明值,也可以让照明系统达到化。

  图1 离线式线性定电流LED驱动电路

  切换式LED驱动电路由PWM控制

  切换式LED驱动器,是将返驰式(Flyback)或降压式(Buck)转换器经由脉冲宽度调变(PWM)IC的控制,产生一稳定的电流来驱动LED灯串,如图2所示即为切换式LED驱动器以返驰式转换器来实现的电路架构。

  图2 切换式LED驱动电路

  返驰式转换器主要由桥式整流器、变压器、金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET)、二极体、PWM控制晶片及数颗被动元件所构成,返驰式转换器经由PWM控制晶片,让电路操作在临界(Critical)或称为边界导通模式(Boundary Conduction Mode),使流经LED灯串的电流ILED为一固定值(Constant Current)。

  [@B]阻容电压式驱动器稳定度差[@C] 阻容电压式驱动器稳定度差

  图 所示为一阻容降压式LED驱动电路,主要由桥式整流器、电容、电阻、LED灯串和提供稳压的齐纳二极体(Zener Diode)所构成。假如电源电压Vac远大于LED灯串的总顺向电压,且电容阻抗XC1远大于LED灯串的阻抗,则负载电流Iac可由电源电压Vac和电容抗XC1决定,而且流经LED灯串的电流即为负载电流Iac,于是负载电流Iac可以表示为:

  图 阻容降压式LED驱动电路

  其中电容阻抗为:

  上式中f为市电频率,C1为电容器容值。负载电流Iac经由电容抗XC1来限制流经LED灯串的电流,使阻容降压式LED驱动器达到定电流驱动功能。

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