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怎么更好地驱动LED灯串?谐振操控拓荒了一条新路ag环亚娱乐旗舰
发布时间:2017-10-16 点击: 次   编辑:admin

  怎么更好地驱动LED灯串?谐振操控拓荒了一条新路

  工程师们都很清楚,在机械和电气体系中,以谐振或挨近谐振运作时,功率和频率之间存在至关重要的联系(图1)。有时谐振是一件坏事,假定太多的能量进入单模状况,可能会损坏体系。但谐振也可所以好的。谐振一般用于调理频率,经过坚持满足的功率来坚持体系以谐振频率振动(例如,机械和电气时钟)。可能很多人不知道,谐振能够用来调理功率,能够将功率调理到可变载荷的可变尺度阵列。举个比如,这能够运用于比如LED照明阵列,以完成固态照明(SSL)体系的本钱效益和牢靠性。

  

  

图1. 该曲线图描绘的是典型谐振(中心频率30 kHz和带宽20 kHz)的归一化功率。留意,线路频率无堆迭。

  LED运用特别风趣,由于LED在照明运用中的经济含义越来越大,而且也是由于惯例DC驱动器存在本钱和牢靠性问题。LED是固有的低电压DC设备,在某些作业点上,电流-电压(I-V)曲线非常峻峭。虽然能够运用恒压源来驱动LED,但实践上大多数规划人员选用恒流DC驱动器规划。为了更挨近在典型配电水平(例如120/240 VAC)下作业,灯具一般装备许多LED灯串。这些LED有必要严密匹配,怎么更好地驱动LED灯串?谐振操由于每个LED的光输出与流过灯串的电流成份额。单个LED的毛病(例如短路或接线毛病)可能导致整个灯串的毛病。

  散布式电抗元件

  运用谐振来操控LED阵列的功率,克服了AC LED 驱动器的这些缺陷。在最简略的状况下,谐振可用来操控单个负载的功率。Verdi Semiconductor公司有用运用了谐振,制造出了合适于 LED灯串的部件少、功率高的电流驱动器。

  可是ag环亚娱乐旗舰厅下载,一个更强壮的办法是将电抗器材散布在阵列之间。以这种办法,控拓荒了一条新路ag环亚娱乐旗舰厅不只能够操控照明元件的全体功率,而且在大型网络中,也能够不需要增加半导体器材来独自调理子网络。散布式电抗元件以高功率和低本钱完成强壮的新式操控能力。一般,电抗元件可所以电容器或电感器。在千赫兹到兆赫兹频率间(或乃至千兆赫兹的频率,如果需要的话),合适的组件非常小且廉价,而且能够作为分立器材或片上器材来完成。具体来说,我们假定电容器散布在整个网络中,而且运用较少数量的分立电感器,可是也能够制造出低本钱的电感器的规划。

  增加串联和并联的电抗元件(电容器和/或电感器)能够拓荒一种全新的功率操控办法。电抗元件能够构成一条谐振回路,其间首要耗散机制是LED的电阻负载。 一起,挨近于无损的电抗能够替代耗能的电阻,这些电阻在最简略的直流LED驱动电路中一般用作电流调理器。

  单元与阵列

  幻想一下,一个照明网络由一组照明单元组成,每个单元包含有一个或多个照明元件,例如一对阳极衔接阴极的LED,以及串联和并联电容的。拓扑结构有许多改变,可是图2展现了一个根本的照明单元规划。任何数量的这种单元以及实践的混合拓扑的单元,能够以串联和/或并联衔接,构成由电抗串组成的谐振网络。更概括地说,我们将电抗串组成的网络称为固态照明电抗串(RSSL)。

  

  

图2. 电路显现两个电抗串单元

  例如,在图3中,一个储能电路由10个电抗串组成。假定一切的LED都是相同类型的,而且一切的电容器具有相同的值C。每个单元的总电容为2C。灯串的总电容为C/5。谐振频率为√(5LC)。一个单元的电抗是1/2ωC。只需X?R,其间R是LED的实践电阻,则电抗串则表现为纯电抗,这相当于要求运用谐振电路阻尼缺乏,Q?1。

  

  

图3. 反响电路由10个A型单元组成

  能够运用电路仿真器,对特定谐振网络进行详细剖析,可是也能够容易地进行粗略地估量,大致挑选元件的数值。关于给定的作业频率,电感和电容之间的联系是断定的。应挑选电容,使电抗满足大,保证满足高的Q谐振。流过每个单元的电流被LED与并联的旁路电容器所分配,并遭到串联电容器的限流,后者的效果非常类似于在直流电路中运用电阻来操控电流的状况。对电抗只需运用欧姆定律,就能够找到所需的值。留意,旁路电容器的效果是电流不流过LED时,部分存储再循环电流。实践上,除了对经过整个灯串的电流进行谐振操控之外,实践上还有对每个LED电流的部分谐振操控。

  多通道和线路频率按捺

  虽然能够运用相同的电容值在单个频率下来操作整个RSSL体系,可是不用这样做。事实上,我们能够把双线照明总线看成是支撑频谱,包含有非常多的可用通道。由于任何一个电抗串只对频带内作出呼应,只需它们在频带之间具有满足的空间来操作,则多个独自的频带能够在相同的布线上操作。每个中心频率还能够进一步调制,作为传感器和操控器之间的数据来往通道。

  只需线路频率与用于电抗串的谐振频率别离开来,对线路频率的呼应就能够忽略不计,即便没有显式的线路频率滤波,也不会有线频率闪烁现象。因而,驱动器中不需要电解电容器。

  RSSL体系自身具有电磁安静性,又能抗噪音尖峰。超出狭隘通带的任何能量都会敏捷消失。单元格和单元灯串能够进行热插拔或切换,对网络的其他部分无影响。运用这个特点就能够让许多照冥具同享同一个高功率的驱动器。例如,住所或商业空间能够运用安装在配电盘中的同一个驱动器,经过双线总线向许多灯具供电,灯具有LED和电容器,但没有有源半导体元件,调光和切换能够别离进行(参见图4)。

  

  

图4. 一个完好的RSSL网络包含驱动器、各种灯具和调光组、以及可编程的和本地调光器。

  阵列规划越大,RSSL 牢靠性越高

  对直流驱动器来说,运用更多的LED一般被以为会带来严峻的牢靠性及运用寿数问题,特别是考虑到对单个组件(或衔接)和驱动器毛病非常灵敏。这是让RSSL体系闪烁的别的一点。RSSL的毛病剖析标明,体系的整体牢靠性及寿数实践上也会跟着阵列尺度的扩展而得到提高,这是由于,其他组件的调理,即便呈现50%的组件毛病,依然能够承受的。

  此外,大多数大功率LED在其额外电流的上端方位显现出显着的流明输出下降,然后导致净电瓦特与辐射瓦变换功率时会丢失一些。RSSL体系能够经过低本钱的规划让这些设备在远低于其额外最大值的状况下,让流明输出下降不那么显着。

  别的,本钱节省和牢靠性提高能够经过包含多结芯片在内的COB架构来完成。不是在一个芯片上构建几个大面积的器材,而是能够挑选器材面积、功率等级和冷却战略,以完成最大的单器材功率,然后在一个芯片上放置尽可能多的这些器材,以完成所需的功能标准。以一个或多个谐振串来驱动照明阵列,我们就能够取得一个产品系列,能够恣意裁剪到任何所需的流明输出。

  

  图5. 上面的曲线是电流流过串行照明单元阵列时构成的波形曲线。下面的曲线是电流流过单元内的一对LED构成的电流波形。流明波形由下半部分曲线的绝对值来给定。留意,在每个半周的开端部分都有一个很短的不发光区间。

运用谐振来操控电抗串中LED 的功率,是一种强壮的新式LED驱动办法,能够用于包含照明在内的恣意阵列运用中。本文只触及RSSL体系的特性和优势。谐振式驱动供给了一系列丰厚而强壮的立异规划东西,能够进一步运用,发明先进的低本钱、多功能照明体系。(编译: James)

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