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LED灯频闪怎么破?一文分析实践处理闪耀时对电源器拓扑结构挑选

来源:http://www.zhyxz.com 责任编辑:ag88环亚 2018-08-03 13:46

  LED灯频闪怎么破?一文分析实践处理闪耀时对电源器拓扑结构挑选办法

  LED固态照明(SSL)更高效、更耐久,代替传统的白炽灯和荧光灯是照明职业不行否认的趋势。可是,因为固态照明设备直接连接到AC线路,晶电蓝光磊晶圆 部分扩产 蓝光LE。就像传统照明相同,因为驱动电源输出端的电流纹波,存在100 Hz或120 Hz闪耀的危险。闪耀能够使人感到不舒服,即便人眼可能检测不到闪耀,也会引起头痛和其他疾病。谨慎的LED驱动器规划能够最大极限地削减闪耀,并保证固态照明供给能效。

  事实上,LED和灯具制作商都巴望处理闪耀问题,大多数向驱动器厂商要处理计划,因为驱动器终究决议了闪耀的程度。本文将解说闪耀发生的根本原因和特征,描绘其在LED照明中是怎么发生的,并解说工程师怎么权衡不同的驱动器拓扑结构以找到最好的本钱/效益组合。咱们还将描绘一种能够完成无闪耀LED照明的具有本钱效益且灵敏的纹波按捺电路。

  商场预期

  因为LED是新一代光源,商场希望的不仅是更高的固态照明功率,并且还具有更好的照明环境。

  可是,与传统照明技能相同,大多数LED灯直接连接到50或60Hz的AC电源。即便整流到100Hz或120Hz的频率之后,因为所触及的频率相对低,任何与线相关的闪耀都可能被人的肉眼检测到。事实上,整流的线路可能导致频闪。

  运用单级结构一起处理功率因数校对(PFC)和输出驱动电流的LED驱动器特别简略遭到闪耀的影响。除其他原因外,闪耀会遭到LED纹波电流的影响。可是,有许多办法能够处理这个问题,包含纹波按捺电路。固态照明产品的开发人员需求评价办法,挑选既契合本钱又能满意运用要求的驱动器。在不同的运用中,不同程度的闪耀是能够承受的。比方,因为闪耀而不能在室内运用的体系规划能够在户外大街或区域照明中发挥作用。

  闪耀的影响

  据美国电气与电子工程师协会(IEEE)2010年发布的一篇陈述指出,3–70Hz规模的灯闪耀频率人很简略感知到,让人感到身体不舒服。即便是重复的闪光灯和静态的重复几许图画也可能导致这些人疾病俄然发生,发生率约为0.025%。 这种类型的闪耀能够经过驱动器就能够很轻易地处理。假如在输出电流纹波波形中看到这种频率,一般咱们以为驱动器是不安稳的。

  可是,现在人们开端愈加留意人长时间曝光在70-160Hz规模内高频闪耀下的影响。 这种闪耀可能导致不适、头痛和视力妨碍。一些研讨人员乃至宣称,视网膜能够感觉到高达200 Hz的闪耀,但测验标明,160 Hz以上,闪耀对健康的影响能够忽略不计。因为前面说到的100和120 Hz的整流线路频率,这将着重于减轻这一规模内的闪耀。实际上,100Hz或120Hz的闪耀对人体健康的影响不仅是频率,还包含身体和生理要素。

  闪耀的相关界说

  首要需求了解闪耀的特征。北美照明工程学会(IESNA)在IESNA照明手册第九版中发布了闪耀百分比和闪耀指数的界说。

  闪耀百分比指光源输出循环改变的一个相对测量(即调制百分数),也有时被称为调制指数。参阅图1,能够依据最大(A)和最小(B)光输出电平核算出闪耀百分比,核算办法是A和B的总和除以A和B之差,得出的百分比就是闪耀百分比。

  

  

图1.IES界说闪耀指数

  闪耀指数在IESNA手册中的界说是在给定功率频率下,各种源输出循环改变的一种牢靠的相对测量。它考虑了光输出的波形及其起伏。闪耀指数假定值为0到1.0,安稳光输出为0。值越高表明灯闪耀以及频闪效应的可能性显着增加。 再次参阅图1,能够经过Area 1和Area 2的总和除以Area 1核算出闪耀指数。

  如前所述,除了频率之外,闪耀指数关于人们感光程度具有显着的影响。闪耀指数越高,意味着对人眼的敏感度更高,舒适程度更差。表1来历于Michael Grather的一篇研评论文,显现在不同光引擎下不同的闪耀指数。

  

  固态照明光源输出

  界说完闪耀后,考虑一下LED光源是怎么作业的。LED光输出与驱动电流简直成线性关系。细心看一下恣意的一张大功率LED数据表,你能够看到在曲线图中正向电流与光通量线性摆放。这就十分显着:驱动电流是LED灯闪耀的要害来历,恒流供电是LED驱动器的首要职责。

  当评论100-120 Hz的闪耀时,人们最常重视的是室内照明运用。室内照明有许多LED驱动器计划能够供给稳定的电流。例如,在AC整流之后,简略的限流电阻、线性半导体调理和开关脉宽调制(PWM)调理都是可能的。可是这些计划不在评论的规模内,因为它们不能供给室内商业运用所需的功率因数(PF)。一般,商业运用需求大于0.9的PF。 越来越多的国家和规范协会,如动力之星和DesignLights Consortium(DLC)要求照明要大于0.9 PF。

  电源拓扑结构

  鉴于PF要求,下面介绍一些可用于室内固态照明产品的驱动器拓扑结构以及每个产品的本钱和功能,详见表2。咱们还将介绍一个新计划,下降单级驱动器中常见的大纹波。

  

  无源PFC加开关DC/DC。图2描绘了一种两级规划,在无源PFC上增加开关DC/DC变换器。这种结构广泛运用于低本钱的离线适配器和充电器。PF规划一般被称为谷底填充,因为电容器要将输出坚持降到低电平。因为有谷底填充电路和大容量电容器,该计划的电流纹波很小且易于控制。被迫计划的缺陷是,因为在较高功率水平下自身固有的PF电磁兼容性(EMC)差的问题,所以不适合于20W以上的较高功率。这种规划不能经过IEC EN61000-3-2(谐波电流发射测验)C级规范。此外,无源计划不适合完成通用的宽输入电压规模,如100-240 VAC。

  

  

图2.在无源或谷底填充的PFC增加DC/DC变换器

  单级有源PFC。图3所示的带有源PFC的单级办法被广泛运用于宽输入电压规模的LED驱动器。该拓扑结构供给杰出的功率变换功率和PF值,以及很宽的负载规模。缺陷是高电流纹波会导致可见或不行见的100-120 Hz闪耀。好的规划能够将电流纹波下降到相对较低的值;可是,纹波一般仍高于前两级的计划。单级拓扑的一个特征是纹波遭到每个LED负载特有的不同电压和电流特性的影响很大。驱动器规划师正在寻求更好的办法来控制单级规划中的纹波。

  

  

图3.单级有源PFC驱动器结构

  有源PFC加开关DC/ DC。处理输出纹波问题的一个办法是在有源PFC后加上第二级源。图4中描绘了这种拓扑结构,增加了DC/DC变换器级。但在驱动器上增加DC/DC级,本钱增加了15-20%。这种电路大大下降了输出电流纹波,并使输出简直成为抱负的DC,功率也只削减2-3%。并且,这种结构能够掩盖室内运用所需的大部分功率水平并被广泛运用。

  

  

图4.在LED驱动器的有源PFC上增加DC/DC变换器

  单级PFC和纹波按捺器。抱负情况下,固态照明体系开发人员更情愿选用本钱较低的办法来削减纹波输出,这又回到单级的办法了。走运的是,还有一个很好的处理计划,用电路来下降电流纹波输出,这比开关DC/DC级简略得多。能够用图5所示将单级规划用相对简略的线性纹波按捺电路来进行分段。

  

  

图5.纹波按捺模块图

  改进过的单级拓扑选用共同规划的线性稳压器,能够大大下降单级PFC恒流输出的电流纹波,功率丢失仅为2-3%。这种办法还有其他的长处。在大多数情况下,在驱动器增加开关式DC/DC级会削弱EMC的功能,而增加线性稳压器则不会。 因为有更好的EMC功能,固态照明制作商能够在现有的单级LED驱动器上灵敏运用纹波按捺器。在输出端增加电路远比购买另一个驱动器或开关DC/DC变换器更有本钱效益。

  该纹波按捺电路与单级PFC输出串联运用,首要由MOSFET、电流检测电阻和差错放大器组成。检测电阻取得电流纹波信号,假如纹波大于设定值,则差错放大器的输出会调理MOSFET上的电压,使纹波变小。这些简略的组件能够紧缩进一个十分小的封装,乃至能够制成集成电路。

  驱动器测验成果

  图6绘出了典型的单级驱动器的电压和电流输出。42W的规划为LED负载供给700 mA电流。纹波在电流波形中十分显着。

  

  

图6.单级驱动器输出电流。

  图7描绘了同一个42W驱动器的输出波形,该驱动器的输出端加上了纹波按捺器。你能够看到按捺器怎么有效地将纹波起伏削减到一个可承受的水平,经过削减闪耀百分比和指数来消除闪耀。

  

  

图7. 带有纹波按捺电路的驱动器输出电流

  跟着LED照明工业的开展,高功率、长寿命等功能已无法满意商场需求。人们正在寻觅一个更好的照明环境,特别与健康有关的时分。关于某些当地,如办公室和客厅,消除频闪更为重要。

  用低纹波驱动LED来完成杰出的直流电流有多种办法,每种办法都有优缺陷。 纹波按捺器的首要长处在于它供给了一种十分简略和灵敏的办法,以最小和十分合理的本钱削减咱们现有规划的闪耀问题。(编译: James)

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