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基于一种低电压交流电的LED照明应用设计

低电压交流电LED照明利用兴起

所有低电压交流电照明系统应用的是一种自力式主电源,这个主电源供给脱机交流电转换成低电压的规划,在任何负载下,纵然电路处于开路的环境,其输出均不会跨越30伏特有效值(VRMS)。其次,在所有状况下,电路必须有一个25安培(A)的电流限定,这两个前提将抉择低电压交流电照明利用的最大年夜电力。范例的输出电压是12或24伏特交流电(VAC),但仍须维持25安培最大年夜电流值不变,不论是12伏特、300瓦(W)的系统或24伏特600瓦的系统皆是。

鉴于上述缘故原由,低电压交流电照明在发光二极管(LED)照明利用中,相称受到青睐,该技巧以致可利用在300瓦的LED照明功率中,相称于三至四个街灯的输出。此举让设计者在设计上拥有很大年夜的弹性,可容许相对较大年夜型的单一组件或由单一电源供给的多组态灯器设计,亦或是在这两者之间的设计。可确定的是,透过具弹性的LED照明利用设计,将使照明系统从传统白炽灯大年夜步往前迈进。

而在低压交流电系统中,可斟酌三个不合的照明灯具,首先是仅在一到两个个别系统中装配一个大年夜/高输出设计;其次为可支持十到二十个装配于系统小灯源的中型输出设计;着末则是可容许在单一系统中存在五十到一百个照冥器的小型输出设计。

大年夜型数组设计打造高灯源输出利用

以大年夜型数组设计而言,在两个不合的范围中,急速能显现出LED独特设计的好处,分外是在更独特的大年夜型照明灯源例子中,可透过大年夜型数组创造出高灯源输出利用。一样平常而言,在街灯的利用(采纳高电压脱机办理规划)上会应用100瓦的LED灯源,虽然不建议其应用低电压交流电系统(这会带来全部规则和标准的新设置),但设计者却有时机以低电压交流电的预算达到同样效果,进而从一个3.5伏特的顺向电压和应用350毫安电流的标准LED动手进行设计,大年夜致上以每个1.2瓦或约八十个LED为根基。

为达到所等候的输出电力,应用单一驱动器并应用多组串联/并联组合要领的LED规划便很有吸引力,但财产界平日不鼓励此种设计规则,缘故原由在于若支持个别节制每一个LED线路,首先碰到的问题为,LED和温度有前馈的关系,当温度上升时,须严格节制顺向电压下降,以避免更多电流流动,进一步使LED的温度升高。其最大年夜的影响便是在不合线路共享相同电流之下,将会很快孕育发生搭配欠妥的问题,若电流没有被个别安排,以便经由过程全部线路,便很可能成为系统故障的滥觞。

使用在线设计对象探求得当LED驱动器

犹如前述,市场上有种种各样的驱动器能相符需求。美国国家半导体(NS)就有几款LED驱动器能够达到所需的最大年夜输入范围,同时也具备简略单纯设计的特点和效能体现。先从24VAC系统谈起,此为最惹人留意的特殊大年夜型灯具,今朝谈及的驱动器都是直流对直流(DC-DC)转换器,以是在主电源供给的交流电讯号将会有进行一些整流的情形,基于此种环境,对转换器的输入前提须改为:

24VRMS=67.88VPP和在调剂后驱动器最大年夜的输入电压范围34伏特。

就确凿可知的前提来说,在此阶段的设计上,设计者心中可能已有一个特定的LED规格,而本文评论争论的所有设计,都可以应用如美国国家半导体的WEBEBCH LED Designer在线设计对象进行开拓,可以键入输入电压(34伏特直流电)、LED类型/值及所需的输出组态。此外,在350毫安和Vf=3.5伏特前提下,可驱动九个LED组合而成的24VAC灯串,整流后为34伏特直流电(VDC)。而透过在线对象中的参数搜索对象,看似拥有许多适用的输入范围,然因事情周期的限定,着实并没有大年夜量可支持的线路。在此环境下,仅有美国国家半导体的LM3401和LM3409两款LED驱动器可作支持,若把LED的数量从九颗削减至八颗,在驱动器的选择上才会增添。

值得留意的是,当灯串的LED数量增添时,则须要经过电压的升压来支持,现本大年夜多低电压交流电利用的主要转换器拓扑为降压转换器(输出到LED的驱动电压比输入到转换器的电压还低),这是对较少LED线路的主要不雅点。

懂得驱动器角色有的放矢

一样平常来说,尽可能应用单一驱动器来驱动多个LED最符合成本效益,然并不主张在单一驱动器中应用并联线路,而是盼望串联线路尽可能延长;其有利前提在于,纵然线路受到严格规范和保护,亦可确保经由过程LED的电流皆相同。如斯一来,一个较大年夜的输入电压就能简单驱动大年夜量的LED线路,只是在颠末整流后,该线路平日会流掉一半的交流电电压值,故其上风大年夜打折扣;为办理此一问题,则可改采升压办理规划(输出电压比输入电压大年夜时),以减轻驱动大年夜量LED线路的包袱。

另一个不雅点是,若灯串可保持低于二十个LED(Vf=3.5V和350mA的LED驱动电流),就能在低电压限定下保持升压输出(在84.85VPP的低电压限定下有70VDC),可经过美国国家半导体任一款LM342X驱动器达到,它供给过压/欠压保护机制、电流限定,以及依需求选配的过热保护功能。

此外,对付驱动器装配特色的懂得在电路设计上扮演紧张的角色,如是否须支持脉冲宽度调变(PWM)调光、模拟调光等,或是为改变光源输出是否须加入一些光学要件及过热保护,以上斟酌均为选用何种驱动器的身分。

针对上述需求,LM3421/23驱动用具备阻拦和察觉额外差错警告的特色,对付欲达到高层级保护及供给微节制器(MCU)反映的利用来说,是很相宜的组件。而LM3424内建的过热保护功能有利于光学或过热保护利用(低落与LED温度有关的输出电流);再者,LM3429虽为此系列产品最基础款的驱动器,但仍具有在升压利用中的过压保护和电流限定,帮忙升压检测。

图1所示为驱动二十个LED,每一个匀称电流均为350毫安,3.5伏特顺向电压的电路图,此外,电路大概会由于须要进行模拟调光(当输入削减韶光源的输出就会低落)而有所改变,以相符简单又周全受到保护的线路驱动器。如欲寻求更严格的颜色准确度,可采纳PWM调光。

图1 大年夜型数组设计利用LM3429的升压设置设置设备摆设摆设,采纳24VAC系统,在电流为350毫安的前提下,可驱动二十个LED。

大年夜电容规划低落涟波 延长电解质电容寿命

有一个简单的观点是利用升压办理规划来规复以交流电整流驱动大年夜量LED灯串时丧掉的电压,且仍维持在低压限定中,这大年夜约是前端耗损的27瓦(在92%效率下的24.5瓦LED),故显而易见,系统是若何在单一附件下拓展成每个线路都受到完备保护的高规格设计。

若进一步采纳四条这样的电路,则每条线路均能杀青完备保护和节制的100瓦设计目标,为实现此一架构,则可能在前端应用一个一样平常的整流器(只必要×4电流率的桥接二级管和C1/C2的×4电容)。此外,LED照明设计假如在低电压系统下有300~600瓦的可用电力,25安培的总电流对设计职员而言就具有很多选择。举例来说,从D1~D4必要被规范出最大年夜电压和电流的余量(Headroom)。输出的电容可用下列方程式表示:

C=0.7(I)/ΔE(f)

此中,I代表到下流电路的输入电流(直流对直流转换区),ΔE为可容许的涟波电压,而f则是交流电频率。因为此设计有92%的效率,鉴于LED功率为24.5瓦,这代表前真个直流对直流区将有26.6瓦的功率;而在整流(34VDC)后,从24VAC的电源应用26.6瓦并孕育发生约782毫安的匀称输入电流,如斯一来,将可适当调剂二级管整流器的规格。

另一方面,可吸收的涟波也影响着电容的需求,举例来说,履行一个800毫安的输入电流,且在120Hz线路上容许一个1伏特的涟波(因桥接整流器的关系为2×60Hz)必要9,300μF的大年夜电容;假如是3伏特的涟波则只必要1,500μF,因为低落涟波对电解质电容的寿命供给较佳的保护,故此环境下,大年夜电容将是可能采取的选择规划。

责任编辑;zl

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