高亮度LED提高家庭能效方案

高亮度LED提高家庭能效方案

高功率LED需要用350～1000mA级别的高驱动电流。采用最新技术，每个LED能产生40～80流明的光通量，功率一般为1～3W。根据美国能源部网站上的资料，主要的LED制造商有Cree、Philips和Osram等。下面将把HBLED与广泛使用的白纸灯和荧光做一番比较， 并给出一个家庭应用的电路实例。

　　比较光源

　　对HBLED(高亮度LED)的好处心知肚明的消费者会想办法尽可能多地使用HBLED。通过表1中的数据对比可以发现，显然HBLED是亮度最高的照明方案。

　　让我们仔细地看看表1。光源的能效类似于效率。与发热量相比，有多少输入到灯泡里的能量变成了光?用户希望这个数值更高一些，显然HBLED做到了这一点。如果驱动电流波动，白炽灯的颜色色调最可能发生变化。

　　与白炽灯相比，荧光灯和HBLED的主要优势是寿命，因此在许多国家白炽灯泡正在被逐步淘汰。接下来，HBLED可能在普及率上要超过荧光灯，因为HBLED是固态的(由硅材料制造，不易碎)，尺寸非常小，而且不含有害的化学成分(不需要采用特殊的环境处理)。

　　HBLED照明的设计目标

　　让消费者改用HBLED，要求HBLED必须具有高质量。消费者要求功率因数至少要达到90%，效率达到80%或更高。在直流应用中，最大输入电压不能超过40V。在交流应用中，可能采用120V或240V(最大270V)的输入电压。HBLED必须用工作频率超过120Hz的脉宽调制器驱动，以减小烦人的可见光频闪。有时候，这个频率还需要是可变的。除了这些设计约束，还要由工程师和应用来决定使用隔离还是非隔离的设计方案。如果有必要，最后还可能考虑使用复杂的调光电路。

　　正如您所看到的那样，没有一个万能的解决办法。设计中需要考虑的事项是环环相扣的。每种方案都需要根据LED的数量和流过LED的电流进行专门设计。设计者还需要根据不同的电磁器件，以及所选用的功率器件和输出电容器进行调整。应用电路

　　HBLED的价格大约是1~2美元。由于在每个设计方案中，HBLED都是成串使用，因此在设计时，不用考虑转换器的成本约束问题。

　　首先介绍的控制器是ISL6721。ISL6721是单端脉宽调制电流模式控制器，其峰值电流模式控制能有效地解决瞬时功率问题，并且提供内置的过流保护。已经有一家大型合同制造商采用ISL6721，生产出能替换目前所使用的T8电路的产品(替换荧光灯启辉器中传统的镇流器电路)。ISL6721也可以设置成白炽灯的替换方案。非固态的回扫方案目前已经用在亚洲的一个购物中心。该方案使用了10个HBLED，输出达10W，效率为82%。

　　要在家用市场中真正具有竞争力，HBLED照明方案还必须提供调光功能。智能电路可以做到这一点。记住，LED是由脉宽调制控制器驱动的。也就是说，LED不总是处在“开”的状态。给LED供电的脉冲的数量是由控制器控制的，并且是可变的。碰巧，这项工作也是由“控制器”完成的。

　　图1显示了一个由6个LED的适配器和调光电路组成的射灯方案的完整电路图。设计的核心(当然要把HBLED刨除在外)是ISL6745A控制器。右上角的器件组成了一个SEPIC控制器，驱动串在一起的6个HBLED。四周的放大器进行电流调整，短路保护和过压保护。在左下角，您可以找到交流调光电路。调光器的放大器输出先进行滤波，然后用作电流调整器的参考点，反馈到控制环路中。

　　ISL6745A的偏置电压VDD的范围是6.5～20V，低边(low-side)FET驱动器的输出为12V、1A，可以驱动一个低边FET(如此设计中的Q1)、高压驱动IC的栅极或是栅极驱动变压器。

　　在Intersil的产品当中，ISL6745A是最受欢迎的HBLED驱动器。除了图1所示的使用方法，还可以对ISL6745A的开关频率、软启动、过温保护进行调整，“死区时间”也可以精确调整。ISL6745A采用节省空间的MSOP-10封装。ISL6745A的灵活性也是其一大特点，既可以工作在隔离方式也可以工作在非隔离方式，调光功能也是可选的。

　　结论

　　HBLED是消费类照明的最绿色的替代产品，而且技术进步已经足以使其成为可行的方案。市场上已经出现了可以替代白炽灯和荧光灯的方案。节约能源，延长使用寿命，提高安全性和增加可靠性，请使用HBLED。

　　参考文献：

　　[1] ISL6745A improved bridge controller with precision dead time control[R/OL].(2008-9-11).

　　[2] LED Drivers to power Cree XLamp LED Products[R/OL]. http://www.intersil.com/cgi-bin2/MsmGo.exe?grab_id=310041620&EXTRA_ARG=&CFGNAME=MssFind%2Ecfg&host_id=2&page_id=5086&query=led&hiword=LED+

　　[3] Schmitz T,Wong M.Choosing and using bypass capacitors[R/OL].(2007-8-3).

　　[4] Wong M, Schmitz T.Rail-to-rail amplifier with integrated charge pump improves input offset[R/OL].

　　[5]Ritter D,Schmitz T.True engineers solve problems using the tools at hand: building a bandgap reference[R/OL]. (2009).