高功率工业照明灯具中的LED

　　本文讨论了常见工业 LED 照明系统的实际需求。它介绍了可调光 LED 灯具的多种设计以及 LED 本身的一些基本原理。此外，还包括一些对当今电力电子设计工程师提出的挑战。

　　高功率工业照明灯具中的 LED

　　与传统的“基于镇流器”的系统相比，高功率工业发光二极管 （LED） 灯具使用高亮度 （HB） LED 的串并联串来生产更优质的照明灯具。HB-LED 配置为串联或串并联串。它们需要工作功率在 50W 至 200W 范围内的恒流、恒压 （CC-CV） 电源。采用通用离线交流电压运行的工业 LED 照明系统必须能够在各种输入和输出运行条件下保持高功率因数。例如，要满足美国能源部 （DOE） 固态照明能源之星计划，明确要求大于 5W 的住宅和商业灯具的功率因数分别为 0.7 和 0.9。此外，欧洲标准EN61000-3-2，

　　图 1 所示的框图突出显示了典型工业 LED 照明系统的功能要求。尽管情况并非总是如此，但本例中 PFC 功能显示在 LED 驱动器块外部。有几种广泛接受的控制方法用于实现 PFC，但对于 25W 《 POUT 《 200 W 范围内的功率调节，边界导通模式 （BCM） PFC 是满足 EN61000-3-2 并保持高效率的考虑因素。BCM PFC 受益于使用更小、更高效的升压电感器。它利用零电压开关 （ZVS） 和零电流开关 （ZCS） 来保持高效率。从功率调节的角度来看，LED 照明中使用的 PFC 电路的目标与大多数其他 AC-DC 电源应用（例如计算）没有什么不同。

　　

　　LED驱动器由DC-DC转换器组成；负载控制；LED 特定功能，例如调光；以及任何必要的保护功能。DC-DC 转换器提供与交流电源的安全隔离，同时将高压 PFC 输出转换为适合 LED 负载要求的直流电流。当高功率 LED 灯具中使用多个串并联 LED 灯串时，LED 负载控制对于均流是必要的。

　　在某些情况下，可以将 DC-DC 和负载控制块（如图 1 所示）组合起来，其中负载控制向 DC-DC 转换器提供 CC-CV 反馈信息。正常工作时，LED 驱动器应工作在 CC 调节模式下。然而，有时驾驶员可能应该在 CV 模式下运行。

　　例如，如果 LED 灯串电压超过某个额定值，驱动器需要快速响应，从 CC 模式切换到 CV 模式，以保护 DC-DC 转换器功率级组件。当驱动器工作在 CV 模式时，应限制或折返 LED 电流，为 LED 负载提供过流保护。除了功率转换和负载控制之外，驱动器的第二个功能是实现调光功能。

　　有许多不同的配置可用于操作可调光 LED 灯具。工业 LED 照明系统通常使用模拟或 PWM 调光接口，与占用传感器、日光传感器和其他控制装置结合使用，以优化有效的光利用。模拟调光采用1V-10V（或0V-10V）直流控制电压，通过控制LED直流电流来线性调节LED亮度。1V-10V 控制电压可将 LED 调光范围从 100% （10V） 调整到 10% （1V）。由于光输出只能调暗至 10%，因此需要单独的开关来进行开/关控制。

　　高功率因数、安全隔离、调光兼容性、恒流精度和 LED 负载控制是当今电力电子设计工程师面临的一些挑战。您如何开始在满足这些要求的同时保持高效率之间进行权衡？在此功率范围内适合 LED 驱动器的不同电源拓扑之间有哪些考虑因素？业界还使用哪些其他 CC-CV LED 均流方法？ Fairchild 正在采取哪些措施来满足这些需求？

　　如需答案，请务必不要错过 2014 Fairchild 电源研讨会系列，我们将深入研究细节，揭晓适用于高功率工业照明的可扩展 100W LED 驱动器的分步设计方法固定装置。磁性元件设计、栅极驱动、PFC 和模拟电路设计也将以一种有望与电力电子工程师相关的方式呈现，这些电力电子工程师的兴趣可能不是专门针对 LED 驱动器应用。

　　结论

　　高亮度 （HB） LED 是高功率工业照明灯具的支柱，本文档讨论了它们的功能以及它们如何产生如此大的亮度。有关该主题的更深入的详细信息将在 2014 年 Fairchild 电源研讨会系列中介绍，包括适用于相同应用的可扩展 100W LED 驱动器的分步设计方法。