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LED照明设计的现状及趋势

2010-07-14 10:33
路过的码农
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        在过去,发光二极管(LED)仅仅被用作指示灯。其功耗低、电流更低,而且所产生的热量也不是问题。然而,时代已经变了。如今LED的电流已经由几毫安升级到安培;在某些情况下,LED的功率已经从几毫瓦跳跃到10W以上;而LED所产生的热量——好吧,可以肯定地讲,现在已经成了一个不容忽视的问题。

        在过去,发光二极管的功率是如此低,所以废热非常低,,并且基本上就没有被烧坏过,美国国家半导体技术专家Rick Zarr表示:“然而新款LED所产生的热量很大,所以如果你不加以正确的控制,就会对它们的使用寿命造成很大的影响。一个LED灯泡原本可以用10,20或30年,但如果你控制不当,可能两年就报废了。

        这就是为什么项目工程师现在需要关注LED驱动器。最简单的,驱动器控制输入电流和输入电压,然后重新配置它们供LED使用。在这个方面来说,驱动器很像在荧光灯上使用了几十年的镇流器。

        虽然,从另一方面来看来,驱动器变得越来越复杂,这使得它们在高功率、高电流、高热量LED的新时代里发挥着更加重要的作用。当前的驱动器所具备的功能放到十年前是无法想象的。例如,通过感应电流,他们可以估算LED的亮度等级并对其做相应的改变。他们可以补偿诸如热量或老化之类的变化,甚至可以将LED用于照明应用。此外,通过使用“热量返送”方案,可以避免LED的热量达到损害其使用寿命的极限值。

        要感谢这类创新,发光二极管的新品正在许多无法预见的应用中寻找一个归宿。汽车将LED用作剎车灯、“后视镜脚灯(注:后视镜脚灯就是安装在汽车两侧反光镜下面可以向下照亮车身周围的灯,在进入比较暗的停车库时使车轮廓显得非常漂亮,也可在荒地里照亮泥泞的道路)”甚至是前灯。电视机将LED用作背光;市政部门将LED用作街灯;而消费类电子制造商正在将它们用于上网本、平板电脑和GPS系统。

      “LED的发展一年比一年好”,德州仪器公司照明电源产品市场营销经理Peter Di Maso表示。 “这些改进使得LED可被用于一般照明,这就是为什么对更好的驱动器存在这么迫切的需求。”

  需求不断增长

        当然,并非所有形式的照明都需要驱动器。例如,长期以来,白炽灯泡被优化以适用于我们常用的110V电源,因此不需要额外的电路来适配输入电流到输出。

        然而,发光二极管要更复杂一些。“使用LED时,你首先需要了解输入电源及其变化”,Microchip公司的8位微控制器产品部门应用经理Steve Bowling表示,“在输出端,工程师们要需要知道自己的光学要求和想要产生的流明值。最后,最终目标是让驱动器提供一个恒流源给LED。”

        要感谢被称之为 Haitz定律的现象,尽管驱动LED变得更加复杂和更加有必要。 Haitz定律---一条以安捷伦科技公司的一位退休科学家Roland Haitz的名字命名的定律---指出,产生1流明的LED成本每10年下降10倍,而每个封装所产生的亮度会增加20倍。对于LED用户而言,Haitz定律意味着需求增加,这反过来又意味着开发新技术的任务流向了下游。

        “人们就希望在把LED灯装到位之后就不用再惦记着它”,国家半导体公司的Zarr表示。“他们不希望还要费神想太多,所以这个负担被转移人了LED灯的制造商,然后LED制造商再将压力转移到其下游的驱动器制造商。”

  避免发热

         对于驱动器制造商而言,挑战在于要在一个小封装内添加必要的特性。驱动器芯片非常小,尺寸通常为10 × 10毫米或更小。并且,随着LED制造商将LED纳入灯泡设计以取代白炽灯泡,未来的驱动器芯片需要做成更小的尺寸。

        随着它们转向这类应用,驱动器需要具备避免发光二极管过热的能力。为了做到这一点,很多供应商倾向于通过向客户销售散热器和风扇来帮助散热。尽管越来越多的LED用户希望在LED需要进行散热之前将其热量降到最低,而解决这一问题就要从驱动器下手。

        “在理想情况下LED使用寿命可以达到几千小时“,Bowling表示。 “但是,要实现这一点,必须让LED在其正常的工作温度范围内工作。如果你将LED放在一个狭小的空间里,那么你需要解决如何散热的问题。”

        驱动器制造商正在通过开发更新更好的特性来帮助工程师处理这类问题 。例如,美国国家半导体公司已将一个为“热量返送(thermal foldback)”的特性整合到多款器件---LM3464和LM3424。通过采用热量返送机制,新款器件可以调节电流,以使LED始终工作在其最大工作范围内。

        “热量返送并不完全是设计用于出于保护灯泡的目的而进行的散热。”Zarr表示。 “如果你所处的情况是LED正在接近其工作临界温度,驱动器会将折返电流并将灯泡调暗。”

          驱动器还将给LED用户其它理由来限制流经器件的电流。例如,Analog Devices公司可以用其ADP1650驱动器来控制常被用于相机闪光灯的高亮度LED中的电流。

        “从亮度的角度来看,可以通过电流轻松地对LED进行控制”,ADI公司的电源管理部技术总监Jose Rodriguez表示。 “因此,我们在我们的驱动器内部设置电流并且对其进行严密控制。”

 

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