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EDN 高亮度发光二极管 ( HB LED ) 工作坊 2009 专注于高亮度 LED 的 设计

EDN 高亮度发光二极管 ( HB LED ) 工作坊 2009 专注于高亮度 LED 的 设计. Writer. Peter B. Green Senior Lighting Systems Engineer International Rectifier Corporation E-mail: pgreen2 @irf.com Presenter Chu Weidong Senior FAE International Rectifier Corporation E-mail: wchu1 @irf.com. 世界电力消耗.

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EDN 高亮度发光二极管 ( HB LED ) 工作坊 2009 专注于高亮度 LED 的 设计

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Presentation Transcript

  1. EDN高亮度发光二极管(HB LED) 工作坊2009专注于高亮度LED的设计

  2. Writer Peter B. Green Senior Lighting Systems Engineer International Rectifier Corporation E-mail: pgreen2@irf.com Presenter Chu Weidong Senior FAE International Rectifier Corporation E-mail: wchu1@irf.com

  3. 世界电力消耗 全球照明用电量接近20%，使用白炽灯和萤光灯，会产生大量费料。

  4. 改善的固态照明（SSL）技术 • 光效=每瓦流明数 • 高功率LED比萤光灯和HID光源更昂貴！ • LED必须以更少的用电产生更多的光以补偿额外的成本 • 必需具有更长的使用寿命 • 更小的流明衰减 =

  5. 专业术语 • 流明 可视光度量单位： 一个向四周均匀发出1堪德拉的光源所发射的光通量为4π流明 • 瓦特 电功率度量单位： 1瓦特= 1伏特x 1安培 (在交流电情况下，必须同时 考虑功率因素)

  6. HPLED灯具整体能效 “有些厂商发表的LED光效(灯效)，是基于LED灯的流明输出。但是真正测量出来的灯具整体能效远比LED灯效低(平均约为LED光效的1/3)”，这些资料可能引起误导。 ~美国能源部SSL商业产品测试计划 (2007年3月推出首轮计划)

  7. 优化每瓦特的流明值 HPLED灯具设计师的三大挑战: • 热管理 • 光学设计 • 电源效率

  8. HPLED热管理 • LED厂商一般引用25ºC和350mA时的每瓦流明值 (最佳的条件) • 正确的热管理设计，是灯具能够提供可靠性和最佳光输出的重要条件。 • 热是通过高功率LED芯片传导的，非辐射。 • 必须有足够的散热，才能保证LED的温度低于它们的最高额定工作温度，否则会影响光输出和灯寿命。

  9. 美国能源部能源之星的要求 • 未来(B类) LED光源的性能目标是70lm/W，相当于高品质T8萤光灯。 • 流明衰减的要求：在商业应用中，35000小时使用后，仍可保持最初流明输出的70%。(家用则要求25000小时) • 商业应用的功率因数> 0.9。 (家用> 0.7) • 输出频率>=120Hz • 美国能源部拟要求SSL替换灯能够调光

  10. 电源要求 • LED应该由电流源来驱动，以尽量减低电源功耗。 • LED通常由直流电源驱动。 • LED电流绝对不能超出最高额定值！ • 离线应用的产品，UL认证一般要求隔离，除非相关应用有双重绝缘。(像汽车这类低压应用毋需隔离。) • 最高的效率！ • 调光性

  11. 固定电压型LED驱动器 • 目前有售的简单电源。(更易理解也更易推广) • 电阻器或线性调节器引入额外功率损耗。(经常包含在LED显示屏中)增加了成本和功耗！ • 适用于小电流产品。 • 电流控制型电源将成为未来的主流！

  12. 非隔离型LED驱动器 • 在非隔离式应用中普遍使用Buck转换器。 • 低功率因数无需额外电路。 • 通常不可以用一般的(基于可控硅) 调光器进行调光(可加额外电路实现)

  13. 反激 – 低成本解决方案 • 可作隔离 • 功率及效率限制 (<100W, <85%) • 输入电压/负载范围限制 • 可以实现功率因数校正，但性能受限。 • 低于 50W 的受欢迎解决方案.

  14. 多级LED 驱动 • 高 PF、低 THD，大输入电压范围。 • 效率可被优化，功率越大效率越高。 • 多种调光方式：相切角， 0-10V， DALI。 • 多路输出可控。 • 功率大于 50W, 更昂贵，高端应用。

  15. 离线多级 LED 驱动 PFC 半桥 降压 • 固定负载输出应用，Buck级可以不用。 • 谐振半桥电路可设计成电流源或电压源。

  16. LED 背光 LED 背光源笔记本电脑: 苹果, 戴尔, 索尼,富士通 Boost拓扑 输出电压高于输入电压 • LED 的优势: • 电池使用寿命更长 • 更广的色域和更好的画质 • 产品使用寿命更长 • 耐用性 – 抗机械碰撞

  17. 提高颜色重现能力 基于 LED的背光系统可提高色彩重现能力45%。LED 背光系统已达到105% 的 NTSC 色域范围，而最好的CCFL lit LCD 电视仅能达到65%-75%。任何一个CRT 显示屏的色彩重现能力和亮度都不能与 LED 系统相媲美。

  18. LED 背光的LCD 屏幕 • 未隔离的升压拓扑 • 多串并联要求电流平衡和电流调节 • 笔记本电脑和电视使用相同的拓扑

  19. 汽车应用 • 毋需隔离 • 输出电压可能比输入电压高或者低 • 必须在大的输入电压范围(6V 至18VDC)内工作 • 必须能承受负载突变引起的浪涌电压60V • Buck和Boost电路不适用 • 比反激 (Flyback) 更高效的电路

  20. Cuk电路 • 可转换极性 • 电容隔离并能短路保护 • CCM模式输入和输出电流都是连续的 • 需要更少滤波, 更低 EMI • 稳定的控制回路设计相对复杂

  21. SEPIC 拓扑 • 不可转换极性 • 电容隔离并能短路保护 • CCM模式输入电流是连续的(输出电流不连续) • 输入需要更少滤波, 更低 EMI • 稳定的控制回路设计相对复杂

  22. 数字控制概念 调光界面 单片机 0 to 10V and/or DALI

  23. 数字控制 LED 驱动器 • PFC 及输出调节可通过单片机控制 • 设计更加灵活 • DALI • 蓝牙 • Zigbee • 功率载波数字调光 • 全范围输入电源

  24. 问题?

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