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可调光市电输入LED通用照明解决方案LED在电子系统中使用已经有很多年了，主要用作电子设备的指示灯。最近在亮度和色彩深度方面取得的重大进步，意味著LED现在可以用于更广泛的应用，从手机和多媒体播放机中的趣味照明，一直到取代商业和家庭照明应用中的传统光源。推动LED照明市场发展的关键推动力是高亮度LED和智能LED控制器的出现。采用高亮度LED的产品设计师面临著许多设计挑战，包括散热管理、驱动方案、拓扑架构和已有的基础设施。要替代现有的可调光白炽灯或卤素灯光源，必须实现这样的一个电子灯驱动系统，它不仅可以与现有的调光开关一起工作，而且可复制现有光源的调光性能。NXP(恩智浦SSL2101IC可以满足上述性能要求，此外，它还是一种高效的电源转换器。这是业内第一款集成这些能力的IC，它使得高亮度LED灯/模块设计师能够以一种省成本和体积的方式集成电子电路，并从最佳热权衡中获益。LED特性LED需要一个与白炽灯或卤素灯完全不同类型的驱动器。白炽灯表现为具备自稳定特性的纯电阻负载，LED则需要一个电流源。LED产生的光通量近似正比于流经该器件的电流。LED的正向电压随电流增加而增加，但随温度的上升而减少。在这方面，LED表现得象二极管。不过，在工作期间LED的正向电压（VF）是很大的。该电压与电子转化为光子时产生的能量（eV）相关，该能量又直接相关于光的颜色。此外，不同生产批次之间的VF值可以相差很大。串行/并行配置在大多数用LED替代现有光源的应用中，需要连接多个LED到驱动器上，因为单一的LED不能产生足够的光通量。LED可以采用串行或并行连接。如果LED采用串行连接，LED链上的总电压等于正向电压的总和（所有LED上的电流相等）。如果LED并行连接，电流将分配到各支路中。不过，由于一个LED的正向电压会随著温度上升而下降，因此这一配置本质上是不稳定的。随着温度的升高，越来越多的电流将流到具有更低正向电压的支路上去，这些支路将变得更亮，而那些具有更高正向电压的支路将变得更暗。不过，采用并联配置（或串并联组合）的一个原因是，它允许大量的LED以一个安全的电源电压结合在一起，而如果要采用串行连接来达到相同的亮度，你可能需要一个高得令人无法接受的电压。并行配置还提供了冗余优势。如果一个串行连接的LED链上一个LED或连接出现问题，那么将导致断路，整条链上的所有LED都将不发光。但如采用并联配置的话，这情况将不可能发生。采用并联配置时，建议每条支路都增加电流调节机制，以防止热失控和电流或光的不相等。总而言之，当输出和输入电压差最小时，电源转换器的效率最高。当采用市电输入的LED驱动器时，允许产生更高的输出电压，从而允许串行连接更多的LED。市电调光标准工业和家用调光器设计用于白炽灯。一些较先进的型号可与连接到卤素灯的变压器一起使用。目前专门针对LED负载的市电调光器仍然很罕见。购买和安装一个新的专用调光器的成本可以很容易就超过光源本身。因此一个可与现有调光基础设施一起工作的LED照明系统(如基于恩智浦SSL2101构建的系统，将打开这个具有庞大潜力和空间市场的大门。由于现有的调光器被设计用于白炽灯（近似电阻负载，功率大多在20W和50W之间），因此需要一些额外的电路才能允许它们用于LED照明系统。目前市场上还没有白炽灯调光器标准，因此目前市场上有大量不同性能和参数值的市电调光器。SSL2101是一个采用SO16封装的多芯片模组(MCM。它包含一个高效率的电源转换器和内部电路来实现市电调光兼容性。与现有解决方案相比，它具有以下优点：·集成电源开关。这可减小元器件成本，并确保最优的驱动和开关保护。·谷值检测。这一特性可降低转换器损失，因为开关可在最佳的时间点闭合。·集成bleeder开关和比较器，这可减少元器件数量和尺寸。·智能bleeder操作。SSL2101可检测到何时不需要bleeder操作(如LED链提供足够的负载，这可减少功耗和增加系统效率。·增强的散热引脚设计。这可增加SSL2101的寿命，并允许它在更高的环境温度下正常工作。对于替代解决方案，电子器件在更高温度下的寿命可以是一个关键的参数。·基于占空比和转换器开关频率的调光。这允许设计师有更大的自由度去定义参数值。这使得设计师可以通过调节控制调光系统的参数，实现更精确的低亮度调光，以及消除音频变压器噪声。·对数调光校正。这使得LED的调光行为可以与白炽灯或卤素灯一模一样。·内建的过热保护、过流保护、短路检测和最大占空比限制。这些特性确保了SSL2101的高可靠性，即便在极端工作条件下也是一样。LED照明和太阳能充电的技术挑战及解决方案作为一种既环保又节能的解决方案，LED照明在汽车、家庭、办公楼、酒店、机场和路灯等广泛的应用场合找到了自己的用武之地。但它的大规模商用除了还要克服成本障碍以外，还需要解决调光闪烁、散热、色彩均匀性等技术难题。此外，对清洁能源的关注和太阳能电池板成本的下降，也带动了当前业内的太阳能商用热潮。为了帮助读者更快更好地把握这一商机，本刊特别邀请到了Linear电源专家TonyArmstrong来分享他的独到见解。Linear电源专家TonyArmstrong问：采用PWM或模拟调光时，如何消除LED的光闪烁现象？答：面对高功率、高亮度LED普及率的日益提高，电子照明设计师必须提供高效、准确和简单的LED驱动解决方案。由于高功率照明灯(如汽车前照灯或大型LCD显示器背光源实现了与商用化串联LED阵列的互换性，因而使得此项任务变得更加困难。传统上，利用准确的电流来驱动高功率LED串与实现简单性和高效率这两者之间是相抵触的，通常需要采用某种效率低下的线性稳压器方案或更加精细复杂的多IC开关稳压器配置。此外，确保每个LED具有均匀的亮度且不产生任何闪烁也成为了主要的设计障碍。人们普遍接受的LED亮度控制方法有两种，即模拟调光和PWM数字调光。当采用模拟调光时，LED电流的调节范围在某个最大值至该最大值的约10%之间(10:1调光范围。由于LED的色谱与电流有关，因此这种方法并不适合于某些应用。然而，PWM数字调光方式则是以某种快至足以掩盖视觉闪烁的速率(通常高于100kHz在零电流和最大LED电流之间进行切换。该占空比改变了有效平均电流，从而实现了高达3000:1的调光范围(仅受限于最小占空比。由于LED电流要么处于最大值，要么被关断，所以该方法还具有能够避免发生LED色偏的优点，而在采用模拟调光时这种LED色偏现象是很常见的。问：大功率LED照明的散热问题应该如何解决？答：两种用量最大、功率最高的LED照明应用是大屏幕LCDTV显示器的背面照明和汽车前照灯。您不妨看看Lexus(雷克萨斯、Audi(奥迪、甚至GM(通用公司的CadillacEscalade所使用的标准LED汽车前照灯。所有这些汽车的总体照明结构均很相似。每个汽车前照灯包括5种专为各种照明要求而优化的LED供电光束，包括：近光灯、远光灯、转弯辅助灯、昼间行驶灯和转向信号指示灯。标准LED照明光束通常将需要35W至50W的供电功率。这或许看似不是很多的功率；然而，LED提供的亮度却达到了HID卤素灯的10倍，因此LED的光输出就相当于500W的卤素灯。远光灯所需的功率一般与标准照明光束相同或略为高一点，而转弯辅助灯、昼间行驶灯和转向信号指示灯所需的功率则较低。不过，该总体汽车前照灯会消耗200W以上的电能，因而有可能产生重大的热功率耗散问题。这确实不是什么好事，因为随着工作温度的升高，LED的光输出和工作寿命将迅速降低。处理该散热问题方法有很多种。一种是增加大量的散热器以把热量从照明灯移走。然而，这会产生另一组问题，包括因为散热材料的使用而导致的成本和重量的增加。解决这一问题最有效的方法是采用一个具极高效率的驱动器(效率93%来最大限度地减少LED驱动电路的热耗散。这并不像听起来那么困难，原因是一个50W的远光灯通常可由14个串联的1ALED组成。由于整个温度范围内的正向电压降约为每个LED4V，因此升压转换器LED驱动器拓扑结构能够以93%的效率将12V的标称电池电压提升至刚好超过56V。这使得仅需耗散3.5W的功率，对于该功率耗散值，在安装了LED汽车前照灯的印刷电路板内布设低等级的铜散热器便可轻松地满足要求。问：用太阳能电池板采集来的电能对蓄电池进行充电时，关键的设计挑战有哪些？答：作为在商业和住宅环境中均具实用性的一种发电方法而言，太阳能电池板已经被人们所广泛接受。然而，尽管在技术方面取得了进步，太阳能电池板的造价仍然很昂贵。这种高昂的成本有很大部分来自于电池板本身，这里，电池板的尺寸(因而也包括其成本将随着所需输出功率的增加而增加。因此，为了造就外形尺寸最小、成本效益性最佳的解决方案，最大限度地提升电池板性能是很重要的。一般而言，太阳能电池板所获取的能量用于给电池充电，电池的储能反过来将在没有阳光照射的情况下为终端应用电路的操作提供支持。如欲实现太阳能电池充电器的最佳设计，则必需对太阳能电池板的特性有所了解。首先，由于具有很大的结合区，因此太阳能电池板会发生泄漏，在黑暗条件下电池将通过电池板放电。而且，每块太阳能电池板都拥有一个具最大功率点的特征IV曲线，所以，当负载特性与电池板特性不相匹配时，能量提取将有所减少。理想的情况是：电池板将在最大功率点上被持续加载，以充分地利用可用的太阳能，并由此最大限度地缩减电池板成本。一般情况下，可以采用一个与电池板相串联的肖特基二极管来解决电池板的泄漏问题。反向泄漏被减小至一个很低的数值；然而，肖特基二极管的正向电压降(它在高电流条件下会消耗大量的功率仍然会造成能量损失。因此，需要采用昂贵的散热器和精细的布局来把肖特基二极管保持于低温状态。解决该功率耗散问题的一种更加有效方法是用一个基于MOSFET的理想二极管来替代肖特基二极管。这将把正向电压降减小到低至20mV，从而显著地减少功耗，同时降低散热布局的复杂性、外形尺寸和成本。幸运的是，由于已经有一些IC供应商制造出了具有这种规格的理想二极管(比如：由凌力尔特公司提供的LTC4412，因此上述目标得以轻松实现。不过，有两个问题依然存在，即：“至满充电电池的浮动电压控制”和“在最佳发电点给电池板加载”。这些问题常常可以通过采用一个开关模式充电器和一个高效率降压型稳压器来加以解决。凌力尔特已经开发出了这样一款电路，它由LTC1625NoRESNSE(无检测电阻器同步降压型控制器、LTC1541微功率运算放大器、比较器和基准、以及LTC4412理想二极管组成。下面给出了该电路以供参考：图1中的电路被置于太阳能电池板和电池之间，用于调节电池浮动电压。基于LTC1541的附加控制环路强制充电器在最大电池板功率点上运作。这种效率的提升缩减了所需的电池板尺寸，因而降低了总体解决方案的成本。当电池板峰值电源电压和电池电压之间存在失配时，这款电路的重要优点表现得尤为突出。图1：峰值功率跟踪降压充电器最大限度地提高了效率点击下载清晰大图问：Linear提供了哪些独特的解决方案来解决以上设计挑战？答：为了满足LED驱动以及太阳能电池板电池充电器的设计需要，凌力尔特提供了各种各样的产品。LT3595、LT3518和LT3755便是其中一些产品。此类产品和LED驱动器IC的一个实例是凌力尔特的LT3595降压模式LED驱动器，它具有16个单独的通道，每个通道能够从高达45V的输入来驱动一个由多达10个50mALED所组成的LED串。每个通道可用于驱动10个串联LED以提供局部调光。于是，每个LT3595都能够驱动多达160个50mA白光LED。一台46英寸LCDTV将需要为每部HDTV配用约10个LT3595。它的16个通道均可以独立控制，并具有一个能够提供高达5000:1PWM调光比的单独PWM输入。每个通道只需要一个纤巧的片式电感器和一个甚至更加小巧的陶瓷输出电容器。所需的其他元件仅为单个输入电容器和电流设定电阻器(图2。所有16个通道的箝位二极管、电源开关和具补偿功能的控制逻辑电路都被压缩在LT3595的相对