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用于LED照明的超高效電源、保護(hù)方案及智能控制

發(fā)布時(shí)間:2010-09-27

中心議題:

  • LED照明的超高效電源、保護(hù)方案、智能控制

解決方案:

  • 利用NCL30001來(lái)改造傳統(tǒng)的兩段式轉(zhuǎn)換架構(gòu)
  • 基于NCP1607和NCP1397的LED街燈電源方案
  • 利用LED電流旁路保護(hù)器來(lái)增強(qiáng)LED串可靠性
  • 構(gòu)建聯(lián)網(wǎng)的LED街燈智能控制系統(tǒng)


要在街道和區(qū)域照明應(yīng)用中采用LED來(lái)替代HID并產(chǎn)生同等的光輸出,就要求采用大陣列的LED。不同LED串的亮度需要保持一致,如果某個(gè)LED發(fā)生開路故障,可能造成整串LED關(guān)閉的后果,需要為L(zhǎng)ED串提供保護(hù)的方案。此外,要構(gòu)建聯(lián)網(wǎng)的智能化LED街燈控制系統(tǒng),也需要采用適合的通信及線路驅(qū)動(dòng)方案。

區(qū)域照明應(yīng)用的功率一般高于40 W。根據(jù)應(yīng)用條件或要求的不同,可以采用不同的電源方案來(lái)驅(qū)動(dòng)LED陣列。

1)利用NCL30001來(lái)改造傳統(tǒng)的兩段式轉(zhuǎn)換架構(gòu)

有些區(qū)域照明應(yīng)用場(chǎng)合要求提供帶輸入功率因數(shù)校正的隔離型穩(wěn)壓輸出電壓。這些應(yīng)用通常采用兩段式的電源轉(zhuǎn)換架構(gòu),其中的升壓功率因數(shù)校正(PFC)將交流輸入線路電壓轉(zhuǎn)換及預(yù)穩(wěn)壓為直流400 V電壓,然后提供電壓給可以是任何適當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的常規(guī)直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器(功率不超過(guò)150 W的應(yīng)用中通常是反激轉(zhuǎn)換器)。

我們能夠采用一種更簡(jiǎn)單的方法來(lái)改進(jìn)這種傳統(tǒng)的兩段式轉(zhuǎn)換架構(gòu),使其成為一種集成功率因數(shù)校正和主轉(zhuǎn)換器(即DC-DC轉(zhuǎn)換器)的單段式架構(gòu)。這種單段式架構(gòu)提供具備顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),因?yàn)闊o(wú)需使用大尺寸的升壓電感、高壓MOSFET、功率整流器和大電容。當(dāng)然,這種單段式架構(gòu)會(huì)帶來(lái)某些方面的一些性能折衷,但卻是一種高能效及高性價(jià)比的方案,適合于負(fù)載相對(duì)恒定的應(yīng)用,如LED區(qū)域照明。

NCL30001就是一種單段式控制器,集成了功率因數(shù)校正和隔離型降壓DC-DC轉(zhuǎn)換電路,幫助減少元件數(shù)量、降低系統(tǒng)成本,支持更高的LED電源總體能效。NCL30001提供穩(wěn)流恒流來(lái)直接驅(qū)動(dòng)LED,省下了LED光條中集成的線性或DC-DC轉(zhuǎn)換(參見圖1)。

測(cè)試表明,在90至264 Vac輸入電壓條件下,基于NCL30001的LED電源提供高于85%的高能效,功率因數(shù)也高于0.9,并提供短路和過(guò)壓保護(hù)。設(shè)計(jì)人員略微調(diào)整次級(jí)端控制電路中的電阻,就可以調(diào)節(jié)穩(wěn)流電流及穩(wěn)壓電壓,從而支持終端產(chǎn)品的具體應(yīng)用要求。另值一提的是,雖然這種電源是設(shè)計(jì)旨在提供緊密穩(wěn)流的固定電流,但也可以工作在恒定電壓模式,因?yàn)槠潆娏骱碗妷焊鶕?jù)NCS1002中集成的緊密穩(wěn)壓的2.5 V參考電壓來(lái)穩(wěn)流和穩(wěn)壓。

參看在線講座:單段式高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器原理及TRIAC調(diào)光方案

2)基于NCP1607和NCP1397的超高能效大功率LED街燈電源方案

近年來(lái),業(yè)界對(duì)超高能效的LED照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)興趣日濃,期望在功率電平相對(duì)較低(<50 W)時(shí)提供高于90%的能效,這個(gè)能效目標(biāo)甚至比“能源之星”2.0版外部電源能效要求(功率不超過(guò)49 W時(shí)能效高于87%)更高。要達(dá)到這樣高的能效,需要采用新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如從反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而充分發(fā)揮零電壓開關(guān)(ZVS)的優(yōu)勢(shì)。安森美半導(dǎo)體早已著手開發(fā)能用于LED驅(qū)動(dòng)電源的高能效半橋解決方案,如NCP1396及其升級(jí)版NCP1397高性能諧振模式控制器。NCP1397內(nèi)置高端和低端驅(qū)動(dòng)器,支持可調(diào)節(jié)及精確的最低頻率,提供極高能效,并具備多種故障保護(hù)特性?;贜CP1607 PFC控制器和NCP1397雙電感加單電容(LLC)半橋諧振控制器的LED電源方案(見圖2)非常適合功率在50到300 W范圍的高能效LED街道照明應(yīng)用。
 


 

除了這些方案,設(shè)計(jì)人員還可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求選擇安森美半導(dǎo)體的其它LED電源方案,如NCP1607 PFC控制器+NCP1377準(zhǔn)諧振控制器,或NCP1607+NCP1392/3等。

3)利用LED電流旁路保護(hù)器來(lái)增強(qiáng)LED串可靠性

如前所述,區(qū)域照明應(yīng)用中通常會(huì)采用多串LED。雖然LED本身的可靠性很高,但如果LED串中的某個(gè)LED發(fā)生開路故障,那么整串LED就可能關(guān)閉,而街道照明等應(yīng)用中就要避免這種狀況,從而降低后期維護(hù)成本。有鑒于此,安森美半導(dǎo)體推出了NUD4700 LED電流旁路保護(hù)器(見圖3)。這器件是一款分流器件,萬(wàn)一LED串中某個(gè)LED開路,則會(huì)提供電流旁路,確保在某個(gè)LED故障的條件下整串LED不會(huì)關(guān)閉;而且恰當(dāng)處理散熱的話,還可支持大于1 A的大電流。    [page]
 

4)構(gòu)建聯(lián)網(wǎng)的LED街燈智能控制系統(tǒng)

對(duì)于LED街道照明而言,可以在集中控制中心與街燈之間應(yīng)用雙向通信,構(gòu)建完全聯(lián)網(wǎng)的智能街道照明系統(tǒng)。這樣,控制中心能夠遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)LED街燈的光輸出,并因此降低街道照明網(wǎng)絡(luò)的總能耗,并降低費(fèi)用支出。另外,也可以在系統(tǒng)中集成環(huán)境光傳感器,根據(jù)環(huán)境光的亮度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)LED的光輸出,從而幫助節(jié)能。

設(shè)計(jì)人員可以采用安森美半導(dǎo)體的AMIS-49587電力線載波(PLC)調(diào)制解調(diào)器、PLC線路驅(qū)動(dòng)器NCS5650和諸如NOA1302這樣的環(huán)境光傳感器,基于電力線輕易地構(gòu)建聯(lián)網(wǎng)型LED街燈智能控制系統(tǒng)(參見圖4)。其中,安森美半導(dǎo)體的環(huán)境光傳感器包含的輸出類型,如NOA1302和NOA1305提供的是數(shù)字輸出,而NOA1211為模擬輸出。這些光傳感器的工作電流極低,在100流明光輸出條件下分別僅為58 μA、550 μA和115 μA,因而對(duì)系統(tǒng)能效的影響極小。

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