恒壓/恒流的判定

開(kāi)發(fā)者面對的第一個(gè)問(wèn)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——它們的內部構造有著(zhù)很大的不同。恒壓陣列包含有當LED發(fā)燙時(shí)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(lèi)型的開(kāi)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(gè)并聯(lián)在一起的這種LED串。

在兩種情況下你將會(huì )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(huì )被串聯(lián)在一起供電，或者不知道其所需的電流將會(huì )是多少(比如，凹槽燈)

2.LED陣列為恒壓類(lèi)型，故而具有相應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動(dòng)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負載的大致電流范圍。

如果清楚與照明應用的光照要求相匹配的驅動(dòng)電流，你可能就會(huì )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驅動(dòng)器。這種類(lèi)型的驅動(dòng)器將僅在一個(gè)特定的電壓范圍內正常工作，具有允許的最小電壓和最大電壓值。你必須確認你的LED陣列的所需電壓在這個(gè)許可的范圍之內。

下面的表格討論了各種AC-DC驅動(dòng)器的拓撲結構及其優(yōu)缺點(diǎn)和應用。驅動(dòng)器的選擇沒(méi)有對與錯之分。實(shí)際上，你需要做的，就是將應用的需求與驅動(dòng)電路的拓撲結構進(jìn)行匹配。下面讓我們來(lái)探討一些專(zhuān)門(mén)的問(wèn)題。

調光的重要性

另一個(gè)影響早期決策的因素是調光的重要性，后者可能涉及人的視覺(jué)感知及(或)能量守恒方面的問(wèn)題。了解人的視覺(jué)特性將有助于我們選擇正確的燈具特征。人眼對光線(xiàn)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。這樣造成的結果就是，將燈光調低到50%的時(shí)候，對大多數人來(lái)說(shuō)，將很難注意到這種變化，而即便調低到10%，也僅僅是讓人感覺(jué)稍微暗了一些。因此，要得到可覺(jué)察的視覺(jué)調光效果，你就得能夠將光照強度調低到l%。作為比較，電影院要求的調光范圍是0. 1%。


這種敏感性的缺失.倒并不意味著(zhù)調光范圍高于1%的時(shí)候就沒(méi)有意義了。實(shí)際上，情況恰恰與此相反。如果把LED的燈光調低到10%，你就獲得了90%的能耗節約，這一點(diǎn)是非常重要的。從節能的角度來(lái)看，任何范圍的調光都是值得的;但是，如果想要得到弱光照明的房間或影劇院，就得使用調光范圍低至1%、甚至是達到0.1%的全范圍調光效果的調光器。再怎么說(shuō)，雖然1%以上范圍的調光，對人眼的感知來(lái)說(shuō)沒(méi)有太大的益處，但即便是較小范圍的調光效果，也會(huì )帶來(lái)巨大的節能效益。

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閃爍問(wèn)題的討論

調光帶來(lái)了閃爍，以及“多大的閃爍是不能接受的”這個(gè)問(wèn)題。在照明業(yè)界，對閃爍定義是光照(或LED電流)以?xún)杀豆ゎl頻率波動(dòng)所占的百分比，它用LED的穩定光照(或直流電流)的分數來(lái)表示。

二十年前，磁性鎮流器推動(dòng)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閃光。已經(jīng)發(fā)現，雖然大多數人不能感覺(jué)到這種閃爍，但它確實(shí)給一些人造成了頭痛和其他緊張癥狀。針對磁性鎮流器帶來(lái)的閃爍所引起的這種不適，人們開(kāi)發(fā)了電子鎮流器，將閃爍降低到了2%以下，后者經(jīng)證實(shí)確有其效，并迅速成為好的燈光質(zhì)量的工業(yè)標準。

之所以還在討論這個(gè)問(wèn)題，是因為閃爍的解決并不簡(jiǎn)單?，F代LED燈具的閃爍，其燈光波動(dòng)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到了100%，也遠遠不如磁性鎮流器導致的閃爍那么容易被覺(jué)察。我們建議，對工作和辦公室照明來(lái)說(shuō)，LED驅動(dòng)器的紋波輸出要低于10%，而對裝飾用LED照明(如槽燈、壁燈、戶(hù)外照明，等等)來(lái)說(shuō)，即便l00%的閃爍也可能是可接受的。

調光方法及閃爍問(wèn)題

不幸的是，調光方法可能會(huì )導致閃爍。LED驅動(dòng)電路的輸出構成中，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。許多LED驅動(dòng)器通過(guò)快速切換LED發(fā)光的通斷來(lái)實(shí)現調光，這個(gè)過(guò)程叫做脈沖寬度調制(PWM)調光或數字調光。人眼完全不能感知這些高頻率閃爍，只是覺(jué)察到的光照略有減少。

然而，存在著(zhù)這樣一類(lèi)簡(jiǎn)單的LED可調光驅動(dòng)器，它們只是簡(jiǎn)單地以?xún)杀豆ゎl的頻率對LED發(fā)光進(jìn)行通斷切換;在弱照度情況下，其結果就與老式磁性鎮流器的光輸出十分相似閃爍很容易被察覺(jué)。此外，如果同可控硅調光器一起使用，由于后者不能在正負半周實(shí)現相同的調光，就會(huì )導致一個(gè)工頻成分出現在PWM之中，產(chǎn)生出任何人都可以覺(jué)察的閃爍。
其他LED驅動(dòng)器產(chǎn)生一個(gè)恒定的直流電流，調光器通過(guò)調低該直流電流來(lái)實(shí)現調光的功能。這種調光方法有時(shí)被稱(chēng)作模擬調光。對工作及辦公室照明來(lái)說(shuō)，這是最穩妥的調光方法，雖然它很可能會(huì )比數字調光方法更加昂貴。

還有一個(gè)問(wèn)題是如何把調節信息傳遞給驅動(dòng)器。很多情況下，驅動(dòng)器必須與傳統的壁式調光器協(xié)同工作。

圖1和圖2所示為兩種相反的傳統調光方法，它們?yōu)楫斍暗腖ED應用所采用，通過(guò)控制交流電力波形來(lái)實(shí)現調光。正相調光方法通常工作于雙線(xiàn)供電的情況，無(wú)需額外的人力來(lái)鋪設第三根電線(xiàn);它通常用于教堂、大禮堂、及學(xué)校等場(chǎng)合。反相調光方法昂貴得多，但它最大限度地降低了電磁干擾(EMI)問(wèn)題。不管采用什么調光方法，驅動(dòng)器的選擇必須能夠與該應用中所使用的調光器相配合使用，對改造項目來(lái)說(shuō)尤其如此。

LED驅動(dòng)器的壽命

驅動(dòng)器壽命也應該是一個(gè)主要的考量對象。如果LED陣列的溫度得到了恰當的控制，那么，在工作了5萬(wàn)小時(shí)之后，其發(fā)光亮度應該能夠達到初始發(fā)光亮度的70%以上。顯然.我們也會(huì )希望LED驅動(dòng)器能夠持續同樣長(cháng)久的壽命。

LED驅動(dòng)器的壽命由其內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，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(huì )在器件的生存期間逐漸揮發(fā)。揮發(fā)速率取決于驅動(dòng)器的內部溫度，而后者與作用于驅動(dòng)器外殼之上的外部溫度關(guān)系密切。溫度的升高會(huì )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LED驅動(dòng)器的標簽上都有一個(gè)小圓圈，叫做“熱點(diǎn)”(hotspot)或“Tc點(diǎn)”。這里通常是驅動(dòng)器外殼上最熱的地方，被用來(lái)確定外殼的溫度。廠(chǎng)商會(huì )提供一個(gè)溫度值，根據UL認證要求，此溫度值決不能被超越，否則產(chǎn)品就會(huì )失效。然而，要注意的是，如果讓驅動(dòng)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(huì )比工作于低溫環(huán)境下時(shí)變得短。廠(chǎng)商可以提供驅動(dòng)器使用壽命與其熱點(diǎn)溫度之間的關(guān)聯(lián)曲線(xiàn)。圖3為一只典型LED驅動(dòng)器的“壽命/溫度”曲線(xiàn)實(shí)例。

要確保電解電容器的工作壽命在必要溫度條件下超過(guò)LED陣列的壽命，我們必須確保制造商使用了長(cháng)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(wèn)題。LED驅動(dòng)器的數據手冊會(huì )引入許多讓人迷惑的術(shù)語(yǔ)，例如總諧波失真(THD)、功率因數(PF)、及普適輸入電壓等等。在選擇驅動(dòng)器的時(shí)候，要了解這些概念。

總諧波失真。正弦波的失真會(huì )導致潛在的危險后果，比如電氣設備的過(guò)熱，甚至造成變壓器配電站的火災?？紤]到電氣設備中非線(xiàn)性負載的增長(cháng)，總諧波失真問(wèn)題正變得越來(lái)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。這是公用事業(yè)的一個(gè)主要關(guān)注點(diǎn)，因為它反應了實(shí)際提供給設備的功率和儀表檢測到的功率之間的差別，后者將決定該設備的賬單。功率因數低意味著(zhù)設施的使用成本更高。功率因數的傳統標準是0.9或更高;更低的功率因數值會(huì )帶來(lái)公共設施估價(jià)懲罰，等于是給電費賬單施加了一個(gè)乘數。如果驅動(dòng)器說(shuō)明書(shū)沒(méi)有提及功率因數，那就將其默認值作為正常功率因數，也就意味著(zhù)它是低于0.9的任意值。一些最便宜照明產(chǎn)品的實(shí)際功率因數規格可能會(huì )低至0.4。雖然在住宅環(huán)境中功率因數通常沒(méi)有意義，當我們要為工業(yè)或商業(yè)應用安裝大批量的常規功率因數產(chǎn)品的時(shí)候，還是要予以十分的小心。

普適輸入電壓。在美國，大多數商業(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驅動(dòng)器能夠工作于兩種電壓之下，我們就說(shuō)它具有普適輸入電壓工作能力。一般認為，這種適配能力是自動(dòng)和可逆的。照明分銷(xiāo)商喜歡儲備具有普適輸入電壓的產(chǎn)品，這樣他們就無(wú)需擔心電壓要求的問(wèn)題。

對多路輸出的歧義

現在讓我們專(zhuān)門(mén)討論一下驅動(dòng)器的輸出及多路輸出時(shí)可能導致的歧義問(wèn)題。術(shù)語(yǔ)“輸出”及“通道”經(jīng)常被混用，但業(yè)內人士有必要搞清楚，“多路輸出”和“多個(gè)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(zhù)重要的影響。

實(shí)現多路輸出的最簡(jiǎn)單的方法就是從一只單一的驅動(dòng)器中簡(jiǎn)單地引出多根導線(xiàn)來(lái)提供電流負載。在驅動(dòng)器內部，這些導線(xiàn)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(jiǎn)單，它卻帶來(lái)了一些重大的缺陷。

例如，這種驅動(dòng)器沒(méi)有容錯能力，且在多路輸出之間沒(méi)有好的電流平衡能力，其結果就是每個(gè)通道的亮度會(huì )不一樣。此外，如果一路LED負載發(fā)生短路，就會(huì )導致其他通道停止工作;如果一路負載發(fā)生斷路，則會(huì )讓其他各路負載來(lái)承受其額外電流，很可能導致它們出現過(guò)熱并因此而過(guò)早失效。即便在正常工作情況下，如果沒(méi)有對LED負載進(jìn)行嚴格的匹配，其各個(gè)輸出通道之間也會(huì )存在很?chē)乐氐碾娏髌胶鈫?wèn)題。

相反，具有多個(gè)獨立輸出的驅動(dòng)器(真正的多路輸出驅動(dòng)器)將單獨對每個(gè)輸出通道進(jìn)行電流調整，使之與其它各路輸出不產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。這種電路架構讓每個(gè)通道都具有屬于自己的電流調整或出錯保護能力，并幫助回答了“當一路輸出(或照明引擎)失效的時(shí)候會(huì )對其它通道產(chǎn)生什么影響”這個(gè)問(wèn)題。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，一個(gè)有四路輸出的驅動(dòng)器，不是將其總輸出電流調整到1安培，而是將每個(gè)通道的理論輸出電流調整到250毫安，讓每路輸出都具有自己的控制電路，確保各LED負載之間亮度差異的最小化。

就拿我們ERG Lighting公司的E54W Archilume驅動(dòng)器為例子來(lái)看看這種驅動(dòng)器的優(yōu)勢。這是一只更為超前的驅動(dòng)器，實(shí)現了不同的輸出組合。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(gè)通道連接起來(lái)實(shí)現兩路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(huì )給其它未受影響的通道帶來(lái)性能的變化。

折衷選擇

最后，需要了解驅動(dòng)器設計中常見(jiàn)的折衷問(wèn)題，以及它們如何對遴選過(guò)程帶來(lái)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(méi)有電流紋波的LED驅動(dòng)器，直截了當的方法就是采用兩個(gè)電源轉換級：初級電路產(chǎn)生穩定的電源供應，次級電路則產(chǎn)生所需的輸出電流。兩級電路設計含有兩個(gè)控制芯片和兩個(gè)高頻變壓器，價(jià)格也更貴。只使用一級電源轉換電路來(lái)實(shí)現輸入端的功率因數校正(PFC)和輸出電流控制，則會(huì )顯著(zhù)降低驅動(dòng)器的成本?，F在的折衷方案就是，要么功率因數校正功能不夠完善，要么在輸出端產(chǎn)生以?xún)杀豆ゎl頻率呈現的50%幅度的紋波。

啟動(dòng)時(shí)間。啟動(dòng)時(shí)間也是成本與效益之間折衷處理的一個(gè)方面。獲得快速啟動(dòng)時(shí)間的一種方法就是使用大功率將所有的電容器迅速充滿(mǎn)電荷。不過(guò)，這個(gè)大功率將會(huì )持續存在，它會(huì )降低照明系統的工作效率?？梢约尤雱e的元器件來(lái)把大功率電路關(guān)閉，但代價(jià)是引入了額外的成本。值得考慮的是，快速啟動(dòng)特性究竟是不是應用所要求的?——例如，大多數的HID路燈需要花費1分鐘左右的時(shí)間來(lái)啟動(dòng)，這樣，就根本沒(méi)有必要讓LED路燈在一秒中之內開(kāi)始工作，因為這對用戶(hù)來(lái)說(shuō)是無(wú)關(guān)緊要的，并且一天只會(huì )啟動(dòng)一次。
調光級別和效率。盡管調光領(lǐng)域也在不斷取得進(jìn)展，但總的來(lái)說(shuō)，要獲得更低的調光水平，代價(jià)就是更低的效率。

成本與效率。一般來(lái)說(shuō)，使用更大號的開(kāi)關(guān)晶體管和高頻變壓器會(huì )提升LED驅動(dòng)器的效率，但也會(huì )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(jià)就是，你為兩者都付出了代價(jià)，且購買(mǎi)單電壓產(chǎn)品能夠獲得更佳的性能。然而，燈具代工廠(chǎng)常常不知道產(chǎn)品需要的電壓將會(huì )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驅動(dòng)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電路拓撲結構、調光及閃爍的因素、以及多路和獨立輸出等等概念，將有助于你向驅動(dòng)器供應商提出正確的問(wèn)題，并幫你確認哪些才是最重要的特性，幫助你優(yōu)化照明系統的性能。

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