淺談LED電源設(shè)計的核心難題

在LED電源設(shè)計中，存在以下幾個設(shè)計難題：電解電容壽命與LED不相匹配、LED燈閃爍的常見原因與處理辦法、PWM 調(diào)光對LED的壽命有何影響、利用TRIAC調(diào)光調(diào)控LED亮度的潛在問題。文中針對這些問題的發(fā)生原因和解決方法展開論述。

電解電容壽命與LED不相匹配的問題

LED電源的一個重要的考慮因素，就是LED驅(qū)動電路與LED電源的工作壽命應(yīng)該能夠相提并論。雖然影響驅(qū)動電路可靠性的因素有很多，但其中電解電容對總體可靠性有至關(guān)重要的影響。為了延長系統(tǒng)工作壽命，需要有針對性地分析應(yīng)用中的電容，并選擇恰當(dāng)?shù)碾娊怆娙荨?span lang="EN-US">

實際上，鋁電解電容的有效工作壽命在很大程度上受環(huán)境溫度及由作用在內(nèi)部阻抗上的紋波電流導(dǎo)致的內(nèi)部溫升影響。電解電容制造商提供的電解電容額定壽命是根據(jù)暴露在最高額定溫度環(huán)境及施加最大額定紋波電流條件下得出的。在105°C時典型電容額定壽命可能是5，000小時，電容所實際遭受的工作應(yīng)力相比額定電平越低，有效工作壽命也就越長。因此，一方面，選擇額定工作壽命長及能夠承受高額定工作溫度的電解電容當(dāng)然能夠延長工作壽命。另一方面，根據(jù)實際的應(yīng)力和工作溫度，仍然可以選擇較低額定工作溫度和額定壽命的電容，從而提供更低成本的解決方案;換個角度說，在設(shè)計中考慮保持適當(dāng)?shù)膽?yīng)力和工作溫度，可以有效地延長電解電容的工作壽命，使其更能與LED壽命相匹配。

舉例來說，安森美半導(dǎo)體符合“能源之星”固態(tài)照明標(biāo)準(zhǔn)的離線型LED驅(qū)動器GreenPoint®參考設(shè)計選擇了松下的ECA-1EM102鋁電解電容，其額定值為1000µF、25 V、850mA、2，000小時及85°C。在假定50°C環(huán)境溫度條件下，這電容的可用壽命超過12萬小時。因此，盡力使LED驅(qū)動電路工作在適宜的溫度條件并妥善處理散熱問題，就能實現(xiàn)LED驅(qū)動電路與LED工作壽命的匹配問題。

總的來看，如果LED驅(qū)動電路中必須使用電解電容，那就必須努力控制電容所受的應(yīng)用力及工作溫度，從而最大程度延長電容工作壽命，以期與LED壽命匹配;另一方面，設(shè)計人員也應(yīng)該盡可能地避免使用電解電容。

LED燈閃爍的常見原因與處理辦法

通常人眼能夠感知到頻率達(dá)70Hz的光閃爍，高于這個頻率則不會感知。故在LED照明應(yīng)用中，如果脈沖信號出現(xiàn)頻率低于70Hz的低頻分量，人眼就會感受到閃爍。當(dāng)然，在具體應(yīng)用中，有多種因素可能導(dǎo)致LED燈閃爍。例如，在離線式低功率LED照明應(yīng)用中，一種常見的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是隔離型反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以安森美半導(dǎo)體符合“能源之星”固態(tài)照明標(biāo)準(zhǔn)的8W離線型LED驅(qū)動器GreenPoint®參考設(shè)計為例，由于反激穩(wěn)壓器的正弦方波功率轉(zhuǎn)換并未給初級偏置提供恒定能量，動態(tài)自供電(DSS)電路可能會激活并引發(fā)光閃爍。為了避免這個問題，必須使初級偏置能夠在每個半周期部分放電，相應(yīng)地，需要恰當(dāng)選擇構(gòu)成這偏置電路的電容和電阻的量值。

另外，即使是在使用提供極佳功率因數(shù)校正、支持TRIAC調(diào)光的LED驅(qū)動應(yīng)用中，也要求電磁干擾(EMI)濾波器。由TRIAC階躍(step)引起的瞬態(tài)電流會激發(fā)EMI濾波器中電感和電容的自然諧振。如果這諧振特性導(dǎo)致輸入電流降至TRIAC維持電流之下，TRIAC將會關(guān)閉。短暫延時后，TRIAC通常又會導(dǎo)通，激發(fā)同樣的諧振。在輸入電源波形的一個半周期內(nèi)，這系列事件可能會重復(fù)多次，從而形成可見的LED閃爍。為了應(yīng)對這個問題，TRIAC調(diào)光的一項關(guān)鍵要求就是EMI濾波器的輸入電容極低，且這電容要能夠通過TRIAC及繞線阻抗解耦。根據(jù)公式，調(diào)光模塊中電容減小的話，就能夠增大諧振電路的電阻，原理上就抑制振蕩，恢復(fù)想要的電路工作。

PWM 調(diào)光對LED的壽命有何影響

LED本身的壽命很長，PWM調(diào)光并不會損及LED的預(yù)期壽命;甚至由于PWM調(diào)光幫助減小LED發(fā)熱量，實際上還能幫助延長LED預(yù)期壽命。當(dāng)然，在系統(tǒng)設(shè)計中，需要有效地檢測及控制LED溫度，保證LED可靠工作，體現(xiàn)其長壽命和低維護(hù)成本的優(yōu)勢。

　　光源在某方向的亮度為光源在該方向單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度，一般使用表面亮度計、瞄準(zhǔn)式亮度計測量表面亮度，有瞄準(zhǔn)光路及測量光路2個部分。

　　LED燈具其他性能參數(shù)的測量

　　1、LED燈具電參數(shù)的測量

　　電學(xué)參數(shù)主要包括正向、反向電壓和反向電流，關(guān)系到LED燈具能否正常工作，是判定LED燈具基本性能優(yōu)劣的依據(jù)之一。LED燈具的電性參數(shù)測量有2種：即電流一定的情況下，測試電壓參數(shù)；電壓一定的情況下，測試電流參數(shù)。具體方法如下：

　　(1)正向電壓。給待檢測的LED燈施加正向電流，其兩端會產(chǎn)生電壓降。調(diào)節(jié)電流值確定的電源，記錄直流電壓表上的相關(guān)讀數(shù)，即為LED燈具的正向電壓。根據(jù)相關(guān)常識，LED正向?qū)〞r，電阻較小，使用電流表外接法比較精確。

　　(2)反向電流。給被檢測的LED燈具施加反向電壓，調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源，電流表的讀數(shù)就是被測LED燈具的反向電流。與測量正向電壓同理，因為LED反向?qū)〞r電阻較大，采用電流表內(nèi)接法。

　　2、LED燈具熱學(xué)特性測試

　　LED的熱學(xué)特性，對LED的的光學(xué)特性、電學(xué)特性有重要影響。熱阻和結(jié)溫，是LED2大主要熱學(xué)特性。熱阻是指PN結(jié)到殼體表面之間的熱阻，即沿?zé)崃魍ǖ郎系臏囟炔钆c通道上耗散的功率之比，結(jié)溫是指LED的PN結(jié)的溫度。

　　測量LED結(jié)溫與熱阻的方法一般有：紅外微象儀法、光譜法、電學(xué)參數(shù)法、光熱阻掃描法等。采用紅外測溫顯微鏡或微型熱偶測得LED芯片表面溫度作為LED的結(jié)溫，精確度不夠。

　　目前普遍采用的電參數(shù)法是利用LEDPN結(jié)的正向壓降與PN結(jié)溫度成線性關(guān)系的特性，通過測量不同溫度下正向壓降差得到LED的結(jié)溫。

17、老百姓一年買燈的頻率太低，雖然我們對照明應(yīng)用企業(yè)感興趣，但走O2O之路的照明應(yīng)用企業(yè)我們是肯定不會投資的。

18、很多人說要做照明產(chǎn)業(yè)垂直的重度平臺，這是癡人說夢話，做不成。從整個產(chǎn)業(yè)鏈來說，我認(rèn)為，只有B2B會有機(jī)會——整合上下游供應(yīng)鏈，引入互聯(lián)網(wǎng)金融杠桿，做大平臺，才是好方向。

作為資深投資人，陳曉海說，不再投芯片、封裝，偏愛下游應(yīng)用，聽起來是好有道理的。只是，LED照明應(yīng)用企業(yè)千千萬，弱水三千，怎取最愛那一瓢？是個大問題。

作為資深投資人，陳曉海還說，突圍方向就在于——賣身、轉(zhuǎn)型、擁抱資本。站在什么位置，做什么事，他站在資本的肩膀上，見證過資本的威力，相信資本力量自然也是正確的。只是，LED照明企業(yè)，需要更清醒：可以擁抱資本，但更要不改實業(yè)初心。