用高亮度LED提高家庭的能效

Tamara Schmitz

高功率LED需要用350～1000mA級別的高驅動電流。采用最新技術，每個LED能產生40～80流明的光通量，功率一般為1～3W。根據(jù)美國能源部網(wǎng)站上的資料，主要的LED制造商有Cree、Philips和Osram等。下面將把HBLED與廣泛使用的白紙燈和熒光做一番比較，并給出一個家庭應用的電路實例。

比較光源

對HBLED(高亮度LED)的好處心知肚明的消費者會想辦法盡可能多地使用HBLED。通過表1中的數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)，顯然HBLED是亮度最高的照明方案。

讓我們仔細地看看表1。光源的能效類似于效率。與發(fā)熱量相比，有多少輸入到燈泡里的能量變成了光?用戶希望這個數(shù)值更高一些，顯然HBLED做到了這一點。如果驅動電流波動，白熾燈的顏色色調最可能發(fā)生變化。

與白熾燈相比，熒光燈和HBLED的主要優(yōu)勢是壽命，因此在許多國家白熾燈泡正在被逐步淘汰。接下來，HBLED可能在普及率上要超過熒光燈，因為HBLED是固態(tài)的(由硅材料制造，不易碎)，尺寸非常小，而且不含有害的化學成分(不需要采用特殊的環(huán)境處理)。

HBLED照明的設計目標

讓消費者改用HBLED，要求HBLED必須具有高質量。消費者要求功率因數(shù)至少要達到90％，效率達到80％或更高。在直流應用中，最大輸入電壓不能超過40V。在交流應用中，可能采用120v或240v(最大270V)的輸入電壓。HBLED必須用工作頻率超過120Hz的脈寬調制器驅動，以減小煩人的可見光頻閃。有時候，這個頻率還需要是可變的。除了這些設計約束，還要由工程師和應用來決定使用隔離還是非隔離的設計方案。如果有必要，最后還可能考慮使用復雜的調光電路。

正如您所看到的那樣，沒有一個萬能的解決辦法。設計中需要考慮的事項是環(huán)環(huán)相扣的。每種方案都需要根據(jù)LED的數(shù)量和流過LED的電流進行專門設計。設計者還需要根據(jù)不同的電磁器件，以及所選用的功率器件和輸出電容器進行調整。

應用電路

HBLED的價格大約是1～2美元。由于在每個設計方案中，HBLED都是成串使用，因此在設計時，不用考慮轉換器的成本約束問題。

首先介紹的控制器是ISL6721。ISL6721是單端脈寬調制電流橫式控制器，其峰值電流模式控制能有效地解決瞬時功率問題，并且提供內置的過流保護。已經(jīng)有一家大型合同制造商采用ISL6721，生產出能替換目前所使用的T8電路的產品(替換熒光燈啟輝器中傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器電路)。ISL6721也可以設置成白熾燈的替換方案。非固態(tài)的回掃方案目前已經(jīng)用在亞洲的一個購物中心。該方案使用了10個HBLED，輸出達10W，效率為82％。

要在家用市場中真正具有競爭力，HBLED照明方案還必須提供調光功能。智能電路可以做到這一點。記住，LED是由脈寬調制控制器驅動的。也就是說，LED不總是處在“開”的狀態(tài)。給LED供電的脈沖的數(shù)量是由控制器控制的，并且是可變的。碰巧，這項工作也是由“控制器”完成的。

圖1顯示了一個由6個LED的適配器和調光電路組成的射燈方案的完整電路圖。設計的核心(當然要把HBLED刨除在外)是ISL6745A控制器。右上角的器件組成了一個SEPIC控制器，驅動串在一起的6個HBLED。四周的放大器進行電流調整，短路保護和過壓保護。在左下角，您可以找到交流調光電路。調光器的放大器輸出先進行濾波，然后用作電流調整器的參考點，反饋到控制環(huán)路中。

ISL6745A的偏置電壓VDD的范圍是6.5～20V，低邊(10w-side)FET驅動器的輸出為12V、1A，可以驅動一個低邊PET(如此設計中的Q1)、高壓驅動IC的柵極或是柵極驅動變壓器。

在Intersil的產品當中，ISL6745A是最受歡迎的HBLED驅動器。除了圖1所示的使用方法，還可以對ISL6745A的開關頻率、軟啟動、過溫保護進行調整，“死區(qū)時間”也可以精確調整。ISL6745A采用節(jié)省空間的MSOP-10封裝。ISL6745A的靈活性也是其一大特點，既可以工作在隔離方式也可以工作在非隔離方式，調光功能也是可選的。

結論

HBLED是消費類照明的最綠色的替代產品，而且技術進步已經(jīng)足以使其成為可行的方案。市場上已經(jīng)出現(xiàn)了可以替代白熾燈和熒光燈的方案。節(jié)約能源，延長使用壽命，提高安全性和增加可靠性，請使用HBLED。