帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
智慧LED照明需要創新的管控和調光
 

【作者: James Lee】   2018年05月31日 星期四

瀏覽人次:【1408】
  

照明對於我們的現代生活已不可或缺,無論它是用於居家照明、辦公場所、公共建築、提供安全保障,或只是為了營造氣氛。事實上,典型建築中照明佔了25%的能源使用,這使它成為地球上最重要的能源使用之一。加上白熾燈照明解決方案效率極低,能源成本正以驚人的速度增加,我們很容易發現自己正在浪費大量的世界資源,並為此付出慘痛的代價。


因此,各國政府正在尋求透過新的能源效率法規來管控照明,而LED等新技術成為主流,有望節省高達40%用於照明的能源。


然而,隨著設計師和消費者開始尋求更高能效且創新的照明方案,因此需要開發更新的技術來滿足目前和未來的市場需求。為了最大限度地發揮其潛力,智慧照明需要更複雜和創新的途徑。


照明設計師面臨的挑戰

政府的加強管控與消費者的需求,使得現代照明設計師所面臨的挑戰越來越大。能源之星和歐盟委員會等機構重視的不僅是電子設備(包含照明)的效能,亦重視待機時的功率損耗,畢竟這可能成為長時間下重要的能源消耗來源。在智慧照明解決方案下,此挑戰變得更加棘手,由於電源必須保持「開機」狀態,以搜尋控制器發出的訊號,因此不斷地吸取電流。目前,能源之星規定允許的待機功耗為0.5W,但加州能源委員會(CEC)等機構計畫在2019年之前將這一數字降至0.2W,進一步增加挑戰性。


隨著照明從白熾燈發展至LED技術,調光方面亦有改變。更為複雜的脈寬調變(Pulse-Width Modulation;PWM)技術正逐漸取代簡單的電阻式或基於TRIAC的調光,這使設計師必須採用不同的方法。


LED是一種低電壓技術,代表它們無法如同白熾燈一樣直接由市電(mains)驅動,而是需要一個電源,根據該LED應用提供恒定電壓(constant voltage;CV)或恒定電流(constant current;CC)供電。電源對照明解決方案的整體性能和效能具有實質性的影響,因此至少需要像LED本身一樣接受嚴格的檢驗。


目前市場上有許多不同的照明解決方案,功率從幾瓦到幾百瓦不等。因此,其驅動電源有各式多樣的設計方式。在較低功率水準下(通常低於10W),單級(single-stage)轉換拓撲是最受歡迎的解決方案。


由於多功能固態照明的應用越來越廣泛,因此LED和與之相關的電源所占空間也被擠壓的越來越小,這代表效率極為重要,進而使廢熱(waste heat)的產生降至最低,並且能夠在較小且通常密閉的空間中可靠地安裝、運行照明解決方案。


LED照明解決方案迅速發展的一個重要原因是LED本身價格的下降。因此,安裝人員和消費者不僅希望LED電源可以在更小的空間內實現更優良的性能,也期待看到類似的價格調降(代表設計人員需要減少元件數量,並降低整體BoM成本)。


現代化的照明電源轉換方式

25W-100W範圍內且適用於辦公室、工廠和住宅的照明是快速成長的市場領域之一,其中兩級式(two-stage)方法是最常見的解決方案。在許多應用中,都會採用返馳式(Flyback)功率因數校正器(Power Factor Correction;PFC)且配備降壓型(Buck)DC-DC轉換器形式的電源。


圖1 : 兩級式轉換是中等功率照明解決方案中最常用的方法
圖1 : 兩級式轉換是中等功率照明解決方案中最常用的方法

此方法特別適用於有調光需求的解決方案。它還能夠在待機模式下輕鬆關閉LED,並能夠對多個LED串進行簡單地控制,以獲得更加複雜的照明解決方案。


安森美半導體針對此類應用推出整合解決方案,能夠採用兩個IC產品和少量外部元件來設計高效能的照明電源。


FL7740是一款單級式CV初級調節回授(primary side regulation;PSR)控制器,可透過內置動態功能(包含快速回應時間)進行CV調節(±3%),能夠將線路和負載瞬態(load transient)引起的過衝和下衝最大限度地降低至輸出電壓的10%以內。



圖2 : FL7740是用於照明應用的單級式初級調節回授控制器
圖2 : FL7740是用於照明應用的單級式初級調節回授控制器

該控制器支援80V AC至382V AC的通用寬範圍交流輸入,適用於全球任何地方的市電供電應用。它能夠提供高達100W的功率,而在待機模式下的功耗僅為0.15W,輕鬆超越所有的法規要求。同時,還實現對智慧照明解決方案極其重要的「持續開機」運作。


內置的PFC級在滿載時能夠達到> 0.9,且THD <10%。在半載的情況下,使用可選的PF最佳化器,而0.9 PF數值保持不變。確保在較寬的負載範圍內能夠將輸入擾動維持在最低水準,使FL7740能夠廣泛應用。


此先進的控制器包含一系列對於照明系統安全運作關鍵重要的保護功能:超載保護、輸出二極體短路保護、感應電阻短路/開路保護、以及VDD和VS過壓保護。


以連續電流模式(Continuous Current Mode;CCM)運行的FL7760降壓(Buck)控制器提供第二級轉換,該元件可在8V至60V寬電壓輸入範圍內運行,同時支援大範圍的類比和PWM調光,且功率損耗僅為150μA。


圖3 : FL7760是一款輸入範圍極寬的降壓控制器,具有大範圍的調光能力
圖3 : FL7760是一款輸入範圍極寬的降壓控制器,具有大範圍的調光能力

重要的是,FL7760的PWM調光可涵蓋1-100%的全部輸出範圍,儘管某些運作條件下,由於PWM的工作頻率,可能會出現不理想的閃爍和聲頻噪聲,模擬調光範圍為5-100%,相較於目前通常僅能達到的15-100%,可視為現有技術的顯著提升。一般來說,模擬調光受到青睞是因為它沒有PWM的缺陷,而FL7760使其首次成為可行的選擇。


低於類比閾值5%的調光的明顯優勢之一,在於FL7760能夠將類比和PWM相結合,提供混合調光,無縫結合這兩種方式,並且能夠提供全範圍調光功能,且無閃爍和聲頻噪聲問題。和FL7740一樣,FL7760還提供多種保護功能,包含熱關機和過流保護。


總結

LED照明憑藉低功耗、多功能性、以及與智慧照明解決方案的內在相容性而日益受到歡迎,因此,設計師對效能的要求也越來越高,特別是針對低待機功率下的運行能力和提供廣泛調光範圍的能力。


(本文作者James Lee任職於安森美半導體照明行銷部門)


相關文章
搭載整合型MOSFET的最佳化降壓穩壓器將功率密度提升至新水準
智慧型照明已在商用市場逐漸普及
全球智慧照明政策與基礎建設的進展
智慧照明如何協助商業運作
智慧照明挾IoT技術進入日常的每一角
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新聞
» 「第十八屆全國AOI論壇與展覽」宏瀨光電展先進液晶面板檢測設備
» TrendForce:第四季面板供過於求比例達4.3%全年最高 價格走勢添變數
» TT Electronics啟動48小時「快速報價計劃」
» 友達以8K4K高解析顯示器引領下世代影像市場
» 晶澳在日本市場累計發貨量突破3GW
  相關產品
» TE推出高密度多功能加固型並行光纖收發器
» 歐司朗智慧植物照明解決方案支持NASA食品生產研究
» 安森美推出具近紅外線+的高解析度CMOS 提升夜視功能
» Molex推出以100G PAM-4為基礎的25G/50G/100G/400G解決方案
» 貿澤電子供應ON Semi FDMF8811 110V橋式功率級模組

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2018 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw