发光二极管 (HB- led) 在每封装流明输出和光效 (efficacy ,单位为流明 / 瓦或 lm/W) 方面的性能快速提升。商用的 1 W LED 已提供有冷色温 LED( 色温 5000K) 的每封装流明输出超过 100 流明,光效达 100 lm/W ,而相同功率等级的暖色温白光 LED( 色温 3000 至 3500K) 也超过了 70 到 80 流明。与两年前相比,这些性能等级提高了 30-40% 。有了这样的性能, LED 如今正逐步发展成为众多高性能应用中传统白炽灯、卤素灯和荧光灯的切实可行的替代光源。因此,固态 照明 (SSL) 相当多地渗入到了汽车、商业和景观照明,以及城市街道照明之中。 LED 还能用于新应用,如基于实际太阳能板的远程照明,因为这很 容易藉可充电 电池产生 LED 所要求的直流驱动电流。此外,恰当设计的话, LED 灯具的工作寿命可达 3 万至 5 万小时,因而显著降低替代灯泡方面常见的维护成本。
然而,就控制及驱动这些 LED 而言,在使用的方面存在不少矛盾之处。例如,许多照明系统设计所使用或修改的已有电源方案并没有充分顾及 HB-LED 的独特驱动要求。如果设计人员要优化 LED 照明所能提供的优势,必须仔细考虑驱动及控制这些器件所使用的技术,从而提供高能效及高性价比的方案。
HB-LED 照明系统的主要组件包括 LED 发射器、电源转换、控制及驱动、热管理,以及众多应用中会涉及到的光学组件。如果不充分考虑所有这些组件,相应的 LED 照明系统就不太可能得到优化。 LED 与大多数灯泡不一样,是带有指向性的光源,故在诸多应用中,使用镜头、反射镜或扩散板来提供所需的发光图案以及灯具的照明外观至关重要。同样,如果不恰当处理热管理问题,照明系统的工作寿命也会大幅缩短,从而冲抵使用长寿命 LED 的主要优势。电源和驱动方面对照明系统的长期工作同等重要。 HB-LED 照明设计中的供电电压源取决于所投入应用的类型。就建筑物及室内照明而言,电压源通常是交流主电源。户外照明可能采用宽泛稳压的电源,如低压交流电源、带备用电池的太阳能板或交流主电源。在汽车应用中,电源通常是铅酸电池 (12 Vdc ) 。
如果没有某种形式的电源转换,应当避免使用电压源来驱动 LED 发射器,这是由于正常的电压波动会造成 LED 电流大幅变化,因为 LED 的电压 / 电流 (V/I) 曲线非常陡峭;在不同驱动电流、温度和生产 ( 不同批次 ) 差异条件下, LED 正向电压变化范围较宽。此外,出于安全因素,大多数交流主电源应用都有基于电子开关电源或磁变压器的隔离电源转换,将高线路电压转换为适合驱动 LED 的安全低电压。
LED 驱动电路的其中一项主要功能是在多种工作条件下稳流,而不论输入条件如何及正向电压如何变化。驱动电路必须符合能效、电容容限、外形因数、成本及安全性方面的应用要求。与此同时,所选的方法必须易用及足够强固,从而适应特定应用的极端环境。有几种不同的稳流方法。
采用固定电压电源供电的电阻是最简单、最低成本的稳流方法。实际上,它们并不稳流,只是在 LED 正向电压变化及源电压变化并导致电流变化从而引起亮度变异时,简单地限制最大电流。对于低电流指示器应用而言,这可能可以接受,但随着电流增大及串联的 LED 数量增加,就变得有问题了。要克服这个问题,需要费钱又费时地对 LED 进行编码及选择恰当的电阻来匹配 LED 串正向电压。即使采取这些步骤,仍然会有由输入电压变化导致的亮度变化问题。
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