כיצד לבחור פתרונות תאורת לד גדולים וקטנים

כיצד לבחור פתרונות תאורת לד גדולים וקטנים

בין אם מדובר ביישומי תאורת LED בעלי הספק גבוה או נמוך, הם מורכבים בדרך כלל מאספקת חשמל, מנהל התקן LED, LED, עדשה ומצע. מרכיב המפתח הוא מנהל ההתקן של LED, אשר חייב לספק פלט זרם קבוע לאור הנורית. הוא לא יהבהב ועמום, ולא יגרום לשינוי צבעי LED. זה בדרך כלל מקבל כניסת מתח 24V-48V DC, אך ישנם גם כמה מנהלי התקני LED מתקדמים שיכולים לקבל ישירות כניסת AC 220V.

האתגרים העיצוביים העיקריים ליישום פתרונות תאורת LED כוללים את ההיבטים הבאים: פיזור חום, יעילות גבוהה, עלות נמוכה, עמעום ללא הבהוב, עמעום רחב, אמינות, בטיחות וסילוק יצוק צבע. אתגרים אלה צריכים להיפתר באמצעות יישום מקיף של טופולוגיה מתאימה של מערכת החשמל, טופולוגיה חשמלית של כוננים ותכנון מכני.

Liang Houquan, מנהל שיווק טכנולוגי של דיודות אסיה פסיפיק, ציין:" עבור מעצבים, האתגר הטכני הגדול ביותר יהיה דרישות יעילות גבוהות, עיצוב אופטי, ניהול תרמי ושיפור האמינות של יישומים מסוימים, כגון בהירות פנסי רחוב LED. אנו מספקים כעת סדרה של פתרונות תאורת LED המכסים יישומים מ 0.1W עד 250W.&ציטוט;

תוכנית מנורות פלורסנט LED" ביישום מערכת תוכנת תאורת LED, בנוסף לבחירת מוצרי LED מתאימים, עיצוב תכנית תאורת LED מלאה כולל גם עיצוב אופטי, עיצוב תרמי, עיצוב מוצר ועיצוב כונן חשמלי. מכיוון שנוריות LED הן התקני מתח נמוך, המרת ספק כוח AC במתח גבוה למנהלי זרם קבוע במתח נמוך עבור נוריות תתמודד עם אתגרים רבים.&ציטוט; ג'נג צ'יאן, מנהל יישומים בכיר ב- ON Semiconductor China, ציין:" לכן, עבור יישומי תאורת LED שונים, עליך לבחור תחילה את הטופולוגיה החשמלית הנהיגה הנכונה.&ציטוט; ON Semiconductor יכולה כעת לספק את כל פתרונות תאורת ה- LED בטווח ההספק שבין 1W ל 500W.

על מנת לקדם במהירות את ההמראה של שוק פתרונות תאורת LED, תאגיד National Semiconductor (NSC) כיוון לאחרונה לשוק החלפה ישיר מאוד גדול למנורות ליבון, כלומר החלפה ישירה של מנורות ליבון בבתים קיימים או בשווקי יישומים אחרים עם מנורות LED, והשיקו שבב הנהג LED LM3445 ישיר לרשת החשמל לשוק זה פותח.

עם זאת, מנהל שיווק המוצר של NSC Asia Pacific Power Wu Zhimin אמר:" מנורות ליבון זמינות כבר שנים רבות. במשך שנים רבות של תקנים טכניים ללא שינוי, מערכות התאורה הביתיות שלנו עקבו אחר שנים רבות של תקנים טכניים ללא שינוי. אי אפשר לשנות את המצב בין לילה. לדוגמה, בשל בעיות כגון פיזור חום וזוויות תאורה, שקעי התאורה או ההתקנים המקוריים בסגנון הישן אינם מתאימים להתקנת נורות לד. עם זאת, בנוסף לבעיות טכניות, עלות-תועלת גם הופכת את נורות LED לבלתי אפשריות הסיבה הגדולה ביותר לפופולריות. נורות נימה של טונגסטן וצינורות ניאון הן בערך 0.6-0.7 דולר ארה"ב לשעה, אך המחיר הנוכחי של נורות לד עדיין גבוה עד 40-50 דולר לשנה.&ציטוט;

כפי שצוין לעיל, מאחר ומנורת ה- LED חייבת להיות מותקנת בשקע הישן והמקורי, פיזור החום הוא בעיה גדולה שיש להתגבר עליה. אך במילים אחרות, ניתן לפתור זאת באמצעות טכנולוגיה הנדסית מכנית. האחריות של יצרני מערכות ה- LED היא לעבוד קשה כדי לפתח טכנולוגיות חדשות כדי למקסם את הבהירות של נוריות (כלומר, כמות הלומן המיוצרת ליחידת הספק). וו ז'ימין אמר בביטחון:" אנו יכולים לספק את נהג ה- LED היעיל ביותר כדי להבטיח שניתן יהיה למזער את פיזור החום של מערכת התאורה כולה.&ציטוט;

העלות הגבוהה יחסית של נוריות הלדים היא המכשול העיקרי שעדיין קשה לשוק תאורת הלד להמריא בהיקפים גדולים. לדוגמה, אלכסנדר זומר, מנהל שיווק המוצר ביחידה העסקית לניהול חשמל בחברת Infineon Technologies Co., Ltd. אמר: "רוב יישומי תאורת הלד האופייניים פחות מ- 25W הם מנורות שלטים, מנורות שלטים ומנורות ליבון סטנדרטיות ומנורות הלוגן. בהשוואה לטכנולוגיה של מנורות פלורסנט ומנורות ליבון, העלות הראשונית של LED היא עדיין מכשול מרכזי לכניסה לשוק ההמונים.&ציטוט;

מהנדס המוצר והעיצוב של חברת Cytech שו רויבאו מסכים גם הוא כי אתגר המסחור העיקרי הוא העלות. הוא אמר:" כיום מערכות תאורת LED בעלות עוצמות שונות ניתנות להשגה בחשמל. האתגר הטכני נובע מהדרישות של יישומי מסוף, כגון יישומים במכוניות, שחייבים לקחת בחשבון עיצוב אופטי ועיצוב פיזור חום כולל. פריסה מסחרית האתגר נובע בעיקר מהעלות של נוריות LED.&ציטוט;

שיקולי פיזור חום בעיצוב תאורת לד

מערכות ערכת תאורה LED מתחת ל 25W מיועדות בדרך כלל ליישומים כגון מנורות שולחן כתיבה, מנורות מסדרון, זרקורים לסלון, מנורות אוכל ביתיות, מנורות לילה וכו '. להציב את שטח העיצוב קטן יחסית, כך שהטמפרטורה בחלל האריזה עשויה להיות גבוהה מאוד בעת שימוש לאורך זמן. מכיוון שלא סביר שהמעצב יתקין בו מאוורר קירור, עיצוב הקירור שלו הופך להיות מאוד קריטי וחשוב.

& quot; רוב יישומי תאורת LED בעלי הספק נמוך פחות מ -25W דורשים מידה מסוימת של מזעור. לעתים קרובות הדבר מוביל לצפיפות הספק גבוהה יותר, למרות שצריכת החשמל אינה גדולה. יש לספק אמצעי ניהול פיזור חום נאותים על ידי מבנים מכניים משופרים. בנוסף, יעילות חשמלית גבוהה מסייעת בהפחתת צריכת החשמל. " אלכסנדרסומר ציין, "אם עליך להפחית עוד יותר את ההתנגדות התרמית, ניתן לעשות זאת באמצעות בידוד חשמלי, מכיוון שהוא יכול להשיג את היעילות הגבוהה ביותר של העברת חום. שיטות אלה מאפשרות גם תפוקת לומן מותאמת.&ציטוט;

דרך נוספת למנוע מה- LED להתחמם יתר על המידה לאורך זמן היא שימוש בפתרון עמעום. מנהל שיווק מוצרי ה- IC במתח גבוה של Fairchild Semiconductor, אמר SangCheolHer: "בהשוואה למנורות פלורסנט ומנורות ליבון, השימוש בפתרונות עמעום הוא דרך חשובה להפחתת צריכת החשמל של LED. פתרון זה מתממש על ידי בקרי עמעום. במיוחד עבור פחות מ- 25W בגלל גודל ה- PCB הקטן ושטח האריזה המוגבל, בעיית פיזור החום היא בלתי נמנעת עבור פתרון הנהג LED של החברה, כך שפתרון זה חשוב עוד יותר.&ציטוט;

למעשה, בטווח הספק זה תאורת LED תחליף מנורות הלוגן ומנורות פלורסנט קומפקטיות (CFL). בנוסף, על מנת להיפטר מבעיית פיזור החום, הטכנולוגיה המתקדמת חייבת להסיר רכיבים פסיביים כגון קבלים אלקטרוליטיים הרגישים לשינויי טמפרטורה. עם זאת, רוב פתרונות הנהג הנוכחיים של LED נגזרים מהטופולוגיה של אספקת החשמל ומבוססים על כך, ולכן יש להתייחס לטווח הטמפרטורות, כי בדרך כלל מוצרים כלליים מבוססים על סטנדרטים מסחריים, אך הם חייבים להיות מסוגלים להסתגל לתעשיות קשות כגון כתעשיות.

בחירת ארכיטקטורה של עיצוב ערכות תאורת LED

הבחירה בארכיטקטורת מערכות פתרונות תאורת LED תלויה בשאלה אם מטרת העיצוב שלך היא בעלות נמוכה, יעילות גבוהה או שטח מינימלי של PCB. באופן כללי, מערכות תאורת LED הנמוכות מ- 25W אינן דורשות תיקון חשמל, כך שניתן לאמץ טופולוגיה פשוטה יותר כגון PSR או טופולוגיה של באק. יישומי תאורת LED בגודל 25W-100W דורשים תיקון הספק, כך שבדרך כלל משתמשים ב- PFC חד-שלבי, PWM מעין תהודה (QR) או טופולוגיה של flyback. יישומי תאורת LED מעל 100W משתמשים בדרך כלל בטופולוגיה היעילה יותר של LLC וב- PFC דו-שלבי.

& quot; תחת פתרונות תאורת LED בהספק של עד 25W יכולים להשתמש בטופולוגיה של PSR או באק, מכיוון שטווח הספק זה מיועד בעיקר לעיצובים קטנים, תוך שימת דגש על פשטות העיצוב. פתרון ההספק הבינוני (25W-100W) מתאים ל- PFC חד-שלבי, PWM מעין תהודה (QR), טופולוגיה של flyback.&ציטוט; SangCheolHer אמר," פתרונות בעלי הספק גבוה (יותר מ -100W) מתאימים לעיצוב טופולוגיה של LLC, QRPWM, flyback. מבחינת יעילות, ביצועי LLC ו- QR טובים יותר; וערכת PSR אינה דורשת משוב משני, היא פשוטה בעיצוב ובעלת גודל קטן יותר מאשר תוכניות אחרות.&ציטוט;

ג'נג צ'יאן אמר גם: "מנורות LED הנמוכות מ- 25W משמשות בעיקר בתאורה פנימית, והן משתמשות בעיקר בטופולוגיה של Flyback בעלות נמוכה. במעגלים משולבים המרה מונוליתיים של ON Semiconductor NCP1015 ו- NCP1027 משולבים מעגלי MOSFET מובנים במתח גבוה ובקרי PWM. זה יכול להפחית ביעילות את שטח ה- PCB ואת עוצמת הקול של המנורה, ולספק הספק מרבי של 25W (קלט 230VAC).&ציטוט;

& quot; עבור יישומי תאורת LED שאינם מבודדים עם פחות מ -25W, אם יחס ההמרה של קלט לפלט נמוך, אז ממיר הורדה פשוט יכול להיות בחירה בעלות נמוכה ובנפח קטן. בטופולוגיה המבודדת שבה חשובה היעילות, השתמש בטופולוגיה של מעידה מהדהדת של התקני סדרת Ling CoolSETICE2QS היא בחירה טובה.&ציטוט; אמר אלכסנדר סומר. אינפיניון היא הספק הראשון שמספק ICs שליטה דיגיטליים בכלי מהדהד.

יישומי תאורת LED אופייניים בטווח ההספק של 25W-100W הם תאורת רחוב (כבישים קהילתיים) ומקומות ציבוריים כמו חניות. יעילות המרת חשמל, מימוש חסכוני של פונקציית PFC ואיכות צבע גבוהה הם כעת שלושת האתגרים הטכניים החשובים ביותר. לדוגמה, ביישומי תאורה מסחרית ותאורת רחוב, תוחלת חיים ארוכה יותר והעלויות הנמוכות יותר מסייעות להתגבר על חסמי כניסה של עלויות התחלתיות גבוהות יותר. ליישומי תאורת LED מ -25W עד 100W יש דרישות של גורם הספק, כך שצריך להגדיל את כוח התיקון של גורם הספק.

& quot; סוג זה של חשמל יכול לאמץ את המבנה הדו-שלבי המסורתי, כלומר את החשמל הפעיל במצב לא רציף של תיקון גורם הכוח (PFC) בתוספת חשמל ההמרה DC-DCPWM, כגון ON Semiconductor' בקר תיקון גורמי הכוח NCP1607, החשמל ההיקפי של NCP1607 פשוט מאוד ויכול לספק ביצועים טובים.&ציטוט; ג'אנג צ'יאן אמר," לפתרונות LED בעלי יעילות גבוהה, בעלות נמוכה ובכמויות קטנות, כדאי להמליץ ​​על מעגל PFC חד-שלבי, שיכול בו זמנית להשיג גורם הספק ופלט DC מבודד במתח נמוך, ו בעל יתרון משמעותי בעלויות, בהחלט יהפוך לפתרון המיינסטרים לתאורת LED בהספק בינוני. ON NCP1652 של ON Semiconductor מספק פתרון בקרה אופטימלי למימוש כוח PFC חד-שלבי.&ציטוט;

שנזן Shiqiang Telecom משתמשת ב- SiliconLabs' סדרת 8-bit MCU מסדרת C8051F3 ליישום PFC בתוכנה. עוזר מנהל השיווק של החברה, הואנג סונפנג, אמר: "פיתחנו פתרון תאורת LED דיגיטלי במלואו עבור חשמל ביתי (180V-260V) קלט 10W-30W יישומי תאורת LED בעלי הספק נמוך, הניתנים לשליטה על ידי תוכנה להשגת ערך PFC של עד 0.95. עם חומרה בהשוואה ל- PFC, לפתרון תוכנה זה יש גמישות גבוהה יותר, יכולת הסתגלות ויכולת שדרוג בהנחה של אותו מדד ביצועים.&ציטוט; מנהל ההתקן LED MIC3230 המשמש בפתרון זה בעל זרם פלט מרבי של 350mA ויכול להניע עד 12A 1W LED יכול לענות היטב על צרכי התאורה הפנימית.

אלכסנדר זומר אמר:" עבור יישומי תאורת LED בהספק 25W-100W הדורשים יעילות וביצועים בטווח קלט ו/או עומס רחב (כגון עמעום), נעשה שימוש בטופולוגיה של Flyback מהדהדת עם שלב PFC. בדרך כלל ניתן להשיג יעילות של עד 90%.&ציטוט;

יישומים מעל 100W כוללים כביש ראשי ותאורה ציבורית במהירות גבוהה (שבה נדרשות עד 20K לומן ומעלה וכניסת הספק של 250W) ויישומים מקצועיים, כגון תאורת במה ותאורה אדריכלית. כוח מניע מרכזי לשימוש בנורות LED ביישומים בעלי הספק גבוה הוא עלות הבעלות הנמוכה בשל אמינות וצריכת חשמל נמוכה. לדוגמה, יעילות המערכת שלה דומה למנליות מתכת ולנרות נתרן בלחץ נמוך. השוואת העלויות הראשונית עשויה להמשיך להיות מחסום הכניסה לשוק זה בטווח הקצר.

ג'אנג צ'יאן ציין:" עבור יישומי LED העולים על 100W, נשתמש במעגל תיקון גורם הכוח הפעיל המסורתי במצב רציף ובמעגל המרת DC-DC המהדהד בחצי גשר. השקנו סוג חדש של בקר משולב, המשלב בקר גורם גורם כוח פעיל במצב רציף ובקר תהודה חצי גשר עם כונן מתח גבוה.&ציטוט;

בקר התהודה של חצי גשר עובד בתדר מיתוג קבוע ובמחזור עבודה קבוע, והמעגל אינו דורש בקרת משוב בצד הפלט. זה גורם לממיר ה- DC-DC המהדהד בחצי הגשר לעבוד במצבי ZVS ו- ZCS היעילים ביותר. מתח המוצא של DC יעקוב אחר התפוקה של מעגל תיקון גורם הכוח.

אלכסנדר זומר הדגיש: "עבור יישומי תאורת LED בעלי הספק גבוה יותר מ- 100W, היעילות הופכת להיות חשובה יותר. באמצעות טופולוגיה מהדהדת LLC, היא יכולה להשיג יעילות של יותר מ -90%. אנו משתמשים במכשיר 8 הפינים החדש של Infineon ICE1HS01.&ציטוט;

ללא קשר לספק הפלט של מערכת פתרונות התאורה LED, הבחירה בהספק הנהג LED תלויה במידה רבה בטווח מתח הכניסה, ירידת המתח המצטברת של מחרוזת ה- LED עצמה והזרם הנדרש להנעת ה- LED. זה הוביל להרבה טופולוגיות שונות של נהגי LED, כגון buck, boost, buck-boost ו- SEPIC.

טוני ארמסטרונג, מנהל שיווק המוצר בחטיבת מוצרי החשמל הלינארית, ציין: “לכל טופולוגיה יש יתרונות וחסרונות. ביניהם, ממיר ההורדה הסטנדרטי הוא הפתרון הפשוט והקל ביותר. -ממירי ה- Boost הם השני והממירים של SEPIC הם הקשים ביותר ליישום. הסיבה לכך היא שהיא משתמשת בעקרונות עיצוב מגנטיים מורכבים ומחייבת את המעצבים בעלי מומחיות מעולה בעיצוב אספקת חשמל במצב מתג.&ציטוט;

בקיצור, היישום של המוצר הסופי קובע את המבנה הטופולוגי של ה- LED, ולאחר מכן בחר באופן סביר את המבנה Buck, Boost, SEPIC או Buck-Boost בהתאם למבנה הטופולוגי של הנורית ולספק הכניסה הקלט." באופן כללי, משתמשים ביותר מ- 25W דולר. החזקים יותר נוטים לבחור את מבנה ה- Boost. מבחינת יעילות, שניהם בדרך כלל יכולים להשיג יותר מ 85%, ו- LT3755 יכול להשיג עד 97% יעילות. שקול את חלק הנהיגה. יש לקחת בחשבון את עלות המערכת הכוללת כאשר עלות BOM ". שו רוביאו אמר, "ככל שהתחרות מתעצמת, תמיד יהיו פתרונות עלות BOM נמוכים יותר, אך ייתכן שהם לא יהיו המתאימים ביותר. אנו לא מעצבים מוצרים על פי תקן זה. אזור ה- PCB נשלט בעיקר על ידי המרכיבים העיקריים. נורות ה- LED בעלות הספק נמוך צריכות לאמץ פתרון משולב ביותר עד כמה שניתן. הפתרון בעל הספק גבוה צריך לבחור מוצרים עם אינטגרציה טכנית גבוהה ועוצמה חיצונית פשוטה. הדיון כאן מתייחס לפתרון DC-DC.&ציטוט;

ליאנג הוקאן גם ציין:" על מנת להשיג דרישות יעילות גבוהות, יש להתחשב במנהלי LED במצב מתג. רוב הלקוחות האלה מעדיפים לבחור במנהגי LED מדורגים מכיוון שהיעילות הכוללת גבוהה יותר. אם אתה מחשיב את עלות ה- BOM הנמוכה ביותר, ממרי LED הבורר אינם הזולים ביותר. לקוחות כאלה עשויים לנסות להשתמש במנהלי LED קבועים ליניאריים. זה יכול לספק את עלות BOM הנמוכה ביותר, אך יתכן והיעילות לא גבוהה כמו מנהלי ההתקנים של LED במצב מצב מתג. לדוגמה, מהאזור הלוח הקטן ביותר של לוח PCB בהתחשב בפרספקטיבה, בדרך כלל ממירים במצב מתג נבחרים מכיוון שהם מייצרים פחות חום ואפילו הרכיבים הנלווים יהיו קטנים יותר.&ציטוט;

פתרונות עמעום אנלוגיים, PWM ו- TRIAC

פתרונות ומפרטי עמעום LED השתנו ללא הרף, ולא תוקנו עד כה, אז עכשיו יש PWM, אנלוגי ותיריסטור (TRA