Bagaimana memilih solusi pencahayaan LED daya besar dan kecil
Baik itu aplikasi pencahayaan LED berdaya tinggi atau rendah, umumnya terdiri dari catu daya, driver LED, LED, lensa, dan substrat. Komponen kuncinya adalah driver LED, yang harus menyediakan keluaran arus konstan untuk cahaya yang dipancarkan oleh LED. Itu tidak akan berkedip dan redup, dan tidak akan menyebabkan perubahan warna LED. Umumnya menerima input tegangan DC 24V-48V, tetapi ada juga beberapa driver LED canggih yang dapat langsung menerima input AC 220V.
Tantangan desain utama untuk penerapan solusi pencahayaan LED mencakup aspek berikut: pembuangan panas, efisiensi tinggi, biaya rendah, peredupan tanpa kedip, peredupan rentang lebar, keandalan, keamanan, dan penghapusan warna. Tantangan-tantangan ini perlu dipecahkan melalui aplikasi yang komprehensif dari topologi sistem tenaga yang sesuai, topologi listrik penggerak dan desain mekanik.
Liang Houquan, Direktur Pemasaran Teknologi Diodes Asia Pasifik, menunjukkan:"Bagi desainer, tantangan teknis terbesar adalah persyaratan efisiensi tinggi, desain optik, manajemen termal, dan peningkatan keandalan aplikasi tertentu, seperti high- kecerahan lampu jalan LED. Kami sekarang menyediakan serangkaian aplikasi penutup solusi pencahayaan LED dari 0,1W hingga 250W.&kutipan;
Program lampu neon LED"Dalam penerapan sistem program pencahayaan LED, selain memilih produk LED yang sesuai, desain program pencahayaan LED yang lengkap juga mencakup desain optik, desain termal, desain produk, dan desain penggerak listrik. Karena LED adalah perangkat bertegangan rendah, Mengubah catu daya AC tegangan tinggi menjadi driver arus konstan tegangan rendah untuk LED akan menghadapi banyak tantangan.&kutipan; Zheng Qian, manajer aplikasi senior ON Semiconductor China, menunjukkan:"Selain itu, untuk keuntungan pencahayaan LED, driver listrik LED harus dapat diandalkan dan tinggi Efisien, aman, dan berbiaya rendah. Oleh karena itu, untuk aplikasi pencahayaan LED yang berbeda, Anda harus terlebih dahulu memilih topologi kelistrikan penggerak yang benar.&kutipan; ON Semiconductor sekarang dapat menyediakan semua solusi pencahayaan LED dalam rentang daya dari 1W hingga 500W.
Untuk mempromosikan peluncuran pasar solusi pencahayaan LED dengan cepat, National Semiconductor Corporation (NSC) baru-baru ini membidik pasar pengganti langsung yang sangat besar untuk lampu pijar, yaitu, secara langsung mengganti lampu pijar di rumah yang ada atau pasar aplikasi lainnya dengan Lampu LED, dan meluncurkan chip driver LED input listrik langsung LM3445 untuk pasar ini telah dikembangkan.
Namun, Manajer Pemasaran Produk Manajemen Daya NSC Asia Pasifik Wu Zhimin mengatakan:"Lampu pijar telah tersedia selama bertahun-tahun. Selama bertahun-tahun dengan standar teknis yang tidak berubah, sistem pencahayaan rumah kami telah mengikuti standar teknis yang tidak berubah selama bertahun-tahun. Situasi tidak dapat diubah dalam semalam. Misalnya, karena masalah seperti pembuangan panas dan sudut pencahayaan, soket atau perangkat lampu gaya lama yang asli tidak cocok untuk memasang lampu LED. Namun, selain masalah teknis, efektivitas biaya juga membuat lampu LED tidak mungkin menjadi alasan terbesar popularitasnya. Lampu filamen tungsten dan tabung neon sekitar US$0,6-0,7/Klm, namun harga lampu LED saat ini masih setinggi US$40-50/Klm.&kutipan;
Seperti disebutkan di atas, karena lampu LED harus dapat dipasang di soket lama yang asli, pembuangan panas adalah masalah besar yang harus diatasi. Tapi sebenarnya, ini bisa diselesaikan dengan teknologi teknik mesin. Tanggung jawab produsen sistem LED adalah bekerja keras untuk mengembangkan teknologi baru untuk memaksimalkan kecerahan LED (yaitu, jumlah lumen yang dihasilkan per unit daya). Wu Zhimin dengan percaya diri berkata:"Kami dapat menyediakan driver LED yang paling efisien untuk memastikan bahwa pembuangan panas dari seluruh sistem pencahayaan dapat diminimalkan.&kutipan;
Harga LED yang relatif mahal menjadi kendala utama yang masih sulit untuk lepas landas di pasar lampu LED dalam skala besar. Misalnya, Alexander Sommer, Direktur Pemasaran Produk Unit Bisnis Manajemen Daya Infineon Technologies Co., Ltd. mengatakan: “Kebanyakan aplikasi pencahayaan LED biasa kurang dari 25W adalah lampu tanda, lampu tanda, dan lampu pijar standar alternatif serta lampu halogen. Dibandingkan dengan teknologi lampu fluorescent dan lampu pijar, biaya awal LED masih menjadi kendala utama untuk memasuki pasar massal.&kutipan;
Insinyur produk dan desain Cytech Xu Ruibao juga setuju bahwa tantangan komersialisasi utama adalah biaya. Dia berkata:"Saat ini, sistem pencahayaan LED dari berbagai kekuatan dapat dicapai secara elektrik. Tantangan teknis datang dari persyaratan aplikasi terminal, seperti aplikasi di mobil, yang harus memperhitungkan desain optik dan desain pembuangan panas secara keseluruhan. Penyebaran komersial Tantangannya terutama berasal dari biaya LED.&kutipan;
Pertimbangan pembuangan panas dalam desain pencahayaan LED
Sistem skema pencahayaan LED di bawah 25W umumnya dirancang untuk aplikasi seperti lampu meja baca, lampu koridor, lampu sorot ruang tamu, lampu makan rumah, lampu malam, dll. Pelanggan umumnya berharap aplikasi semacam itu dirancang sekecil mungkin, sehingga PCB dapat ditempatkan Ruang desain relatif kecil, sehingga suhu di ruang pengemasan mungkin sangat tinggi bila digunakan untuk waktu yang lama. Karena perancang tidak mungkin memasang kipas pendingin di dalamnya, desain pendinginnya menjadi sangat kritis dan penting.
& quot;Sebagian besar aplikasi pencahayaan LED berdaya rendah kurang dari 25W memerlukan tingkat miniaturisasi tertentu. Hal ini sering menyebabkan kepadatan daya yang lebih tinggi, meskipun konsumsi dayanya tidak besar. Langkah-langkah manajemen pembuangan panas yang memadai harus disediakan oleh struktur mekanis yang ditingkatkan. Selain itu, efisiensi listrik yang tinggi membantu mengurangi konsumsi daya.” AlexanderSommer menunjukkan, “Jika Anda perlu mengurangi hambatan termal lebih lanjut, ini dapat dilakukan melalui isolasi listrik, karena dapat mencapai efisiensi perpindahan panas tertinggi. Metode ini juga memungkinkan output lumen yang dioptimalkan.&kutipan;
Cara lain untuk mencegah LED terlalu panas dalam waktu lama adalah dengan menggunakan solusi peredupan. Manajer pemasaran produk IC tegangan tinggi Fairchild Semiconductor SangCheolHer mengatakan: “Dibandingkan dengan lampu neon dan lampu pijar, penggunaan solusi peredupan adalah cara penting untuk mengurangi konsumsi daya LED. Solusi ini diwujudkan dengan pengontrol peredupan. Khusus untuk kurang dari 25W Karena ukuran PCB kecil dan ruang pengemasan terbatas, masalah pembuangan panas tidak dapat dihindari untuk solusi driver LED perusahaan, jadi solusi ini bahkan lebih penting.&kutipan;
Bahkan, dalam rentang daya ini, lampu LED akan menggantikan lampu halogen dan lampu fluorescent kompak (CFL). Selain itu, untuk menghilangkan masalah pembuangan panas, teknologi canggih harus menghilangkan komponen pasif seperti kapasitor elektrolit yang sensitif terhadap perubahan suhu. Namun, sebagian besar solusi driver LED saat ini berasal dari topologi catu daya dan berdasarkan ini, sehingga kisaran suhu harus dipertimbangkan, karena produk umum biasanya didasarkan pada standar komersial, tetapi mereka harus dapat beradaptasi dengan industri yang keras seperti itu. sebagai industri.
Pemilihan arsitektur desain skema pencahayaan LED
Pilihan arsitektur sistem solusi pencahayaan LED tergantung pada apakah tujuan desain Anda adalah biaya rendah, efisiensi tinggi, atau area PCB minimum. Secara umum, sistem pencahayaan LED kurang dari 25W tidak memerlukan koreksi daya, sehingga topologi yang lebih sederhana seperti topologi PSR atau Buck dapat diadopsi. Aplikasi pencahayaan LED 25W-100W memerlukan koreksi daya, jadi PFC satu tahap, quasi-resonant (QR) PWM, atau topologi flyback umumnya digunakan. Aplikasi pencahayaan LED di atas 100W umumnya menggunakan topologi LLC yang lebih efisien dan PFC dua tahap.
& quot;Solusi pencahayaan LED daya di bawah 25W dapat menggunakan topologi PSR atau Buck, karena rentang daya ini terutama untuk desain kecil, yang menekankan kesederhanaan desain. Solusi daya sedang (25W-100W) cocok untuk PFC satu tahap, quasi-resonant (QR) PWM, topologi flyback.&kutipan; SangCheolHer berkata,"Solusi berdaya tinggi (lebih besar dari 100W) cocok untuk LLC, QRPWM, desain topologi flyback. Dari sudut pandang efisiensi, kinerja LLC dan QR lebih baik; dan Skema PSR tidak memerlukan umpan balik sekunder, sederhana dalam desain, dan memiliki ukuran yang lebih kecil dari skema lainnya.&kutipan;
Zheng Qian juga mengatakan: “Lampu LED kurang dari 25W terutama digunakan dalam pencahayaan dalam ruangan, dan mereka terutama menggunakan topologi flyback berbiaya rendah. Sirkuit terintegrasi konversi monolitik ON Semikonduktor NCP1015 dan NCP1027 mengintegrasikan MOSFET tegangan tinggi bawaan dan pengontrol PWM. Secara efektif dapat mengurangi area PCB dan volume lampu, dan memberikan output daya maksimum 25W (input 230VAC).&kutipan;
& quot;Untuk aplikasi pencahayaan LED non-terisolasi dengan kurang dari 25W, jika rasio konversi input ke output rendah, maka konverter step-down sederhana dapat menjadi pilihan berbiaya rendah dan volume kecil. Dalam topologi terisolasi di mana efisiensi penting, gunakan topologi flyback kuasi-resonansi perangkat seri Ling CoolSETICE2QS adalah pilihan yang baik.&kutipan; kata Alexander Sommer. Infineon adalah pemasok pertama yang menyediakan IC kontrol flyback kuasi-resonan digital.
Aplikasi penerangan LED yang umum dalam rentang daya 25W-100W adalah penerangan jalan (jalan umum) dan tempat umum seperti tempat parkir. Efisiensi konversi daya, realisasi fungsi PFC yang hemat biaya, dan kualitas warna yang tinggi kini menjadi tiga tantangan teknis terpenting. Misalnya, dalam aplikasi penerangan jalan dan penerangan komersial, masa pakai yang lebih lama dan biaya yang dihasilkan lebih rendah membantu mengatasi hambatan masuknya biaya awal yang lebih tinggi. Aplikasi pencahayaan LED dari 25W hingga 100W memiliki persyaratan faktor daya, sehingga daya koreksi faktor daya perlu ditingkatkan.
& quot;Listrik jenis ini dapat mengadopsi struktur dua tahap tradisional, yaitu listrik koreksi faktor daya mode diskontinu aktif (PFC) ditambah listrik konversi DC-DCPWM, seperti ON Semiconductor' s pengontrol koreksi faktor daya NCP1607, listrik periferal NCP1607 sangat sederhana Dan dapat memberikan kinerja yang baik.&kutipan; Zheng Qian berkata,"Untuk solusi LED berefisiensi tinggi, berbiaya rendah, dan bervolume kecil, ada baiknya merekomendasikan sirkuit PFC satu tahap, yang secara bersamaan dapat mencapai faktor daya dan Output DC tegangan rendah yang terisolasi, dan memiliki keunggulan biaya yang signifikan, pasti akan menjadi solusi utama untuk pencahayaan LED daya menengah. NCP1652 ON Semiconductor memberikan solusi kontrol optimal untuk realisasi daya PFC satu tahap.&kutipan;
Shenzhen Shiqiang Telecom menggunakan SiliconLabs' C8051F3 seri 8-bit MCU untuk mengimplementasikan PFC dalam perangkat lunak. Asisten manajer pemasaran perusahaan Huang Sunfeng mengatakan: “Kami telah mengembangkan solusi pencahayaan LED digital sepenuhnya untuk input listrik rumah tangga (180V-260V) aplikasi pencahayaan LED daya rendah 10W-30W, yang dapat dikontrol oleh perangkat lunak untuk mencapai nilai PFC hingga 0,95. Dengan perangkat keras Dibandingkan dengan PFC, solusi perangkat lunak ini memiliki fleksibilitas, kemampuan beradaptasi, dan kemampuan upgrade yang lebih tinggi di bawah premis indeks kinerja yang sama.&kutipan; Driver LED MIC3230 yang digunakan dalam solusi ini memiliki arus keluaran maksimum 350mA dan dapat melaju hingga 12 A 1W LED dapat memenuhi kebutuhan pencahayaan dalam ruangan dengan baik.
Alexander Sommer berkata:"Untuk aplikasi pencahayaan LED daya 25W-100W yang membutuhkan efisiensi dan kinerja pada input yang lebar dan/atau rentang beban (seperti peredupan), topologi flyback kuasi-resonansi dengan tahap PFC digunakan. Biasanya efisiensi hingga 90% dapat dicapai.&kutipan;
Aplikasi di atas 100W termasuk jalan utama dan penerangan umum berkecepatan tinggi (di mana kecerahan hingga 20K lumens atau lebih dan input daya 250W diperlukan) dan aplikasi profesional, seperti penerangan panggung dan lampu sorot arsitektur. Kekuatan pendorong utama untuk penggunaan LED dalam aplikasi berdaya tinggi adalah biaya kepemilikan yang rendah karena keandalan dan konsumsi daya yang rendah. Misalnya, efisiensi sistemnya sebanding dengan lampu halida logam dan lampu natrium tekanan rendah. Perbandingan biaya awal dapat terus menjadi penghalang untuk masuk ke pasar ini dalam jangka pendek.
Zheng Qian menunjukkan:"Untuk aplikasi LED yang lebih besar dari 100W, kami akan menggunakan sirkuit koreksi faktor daya mode diskontinu aktif tradisional dan sirkuit konversi DC-DC resonansi setengah jembatan. Kami telah meluncurkan jenis baru pengontrol terintegrasi, yang mengintegrasikan pengontrol faktor daya mode diskontinu aktif dan pengontrol resonansi setengah jembatan dengan penggerak tegangan tinggi.&kutipan;
Kontroler resonansi setengah jembatan bekerja pada frekuensi switching tetap dan siklus tugas tetap, dan rangkaian tidak memerlukan kontrol umpan balik pada sisi output. Hal ini membuat konverter DC-DC resonansi setengah jembatan bekerja di status ZVS dan ZCS yang paling efisien. Tegangan keluaran DC akan mengikuti keluaran rangkaian koreksi faktor daya.
Alexander Sommer menekankan: “Untuk aplikasi pencahayaan LED berdaya lebih tinggi di atas 100W, efisiensi menjadi lebih penting. Menggunakan topologi resonansi LLC, dapat mencapai efisiensi lebih dari 90%. Kami menggunakan perangkat 8-pin baru Infineon ICE1HS01 .&kutipan;
Terlepas dari daya keluaran sistem solusi pencahayaan LED, pilihan daya driver LED akan sangat bergantung pada rentang tegangan input, penurunan tegangan kumulatif dari rangkaian LED itu sendiri, dan arus yang diperlukan untuk menggerakkan LED. Hal ini menyebabkan banyak kemungkinan topologi driver LED yang berbeda, seperti buck, boost, buck-boost, dan SEPIC.
Tony Armstrong, Direktur Pemasaran Produk Divisi Produk Daya Teknologi Linear, menunjukkan: “Setiap topologi memiliki kelebihan dan kekurangan. Di antara mereka, konverter step-down standar adalah solusi paling sederhana dan termudah. -Konverter Boost adalah yang kedua, dan konverter SEPIC adalah yang paling sulit untuk diterapkan. Ini karena menggunakan prinsip desain magnetik yang kompleks dan mengharuskan desainer memiliki keahlian desain catu daya mode sakelar yang luar biasa.&kutipan;
Singkatnya, penerapan produk terminal menentukan struktur topologi LED, dan kemudian secara wajar memilih struktur Buck, Boost, SEPIC, atau Buck-Boost sesuai dengan struktur topologi LED dan catu daya input."Secara umum, lebih dari 25W Buck digunakan. Yang lebih kuat cenderung memilih struktur Boost. Dalam hal efisiensi, keduanya secara umum dapat mencapai lebih dari 85%, dan LT3755 dapat mencapai efisiensi hingga 97%. Pertimbangkan bagian mengemudi. Biaya sistem keseluruhan harus dipertimbangkan ketika biaya BOM.” Xu Ruibao berkata, “Seiring meningkatnya persaingan, akan selalu ada solusi biaya BOM yang lebih rendah, tetapi mereka mungkin bukan yang paling cocok. Kami tidak merancang produk sesuai dengan standar ini. Area PCB terutama dikendalikan oleh komponen utama. Lampu LED berdaya rendah harus mengadopsi solusi yang sangat terintegrasi sejauh mungkin. Solusi daya tinggi harus memilih produk dengan integrasi teknis tinggi dan daya eksternal sederhana. Pembahasan di sini mengacu pada solusi DC-DC.&kutipan;
Liang Houquan juga menunjukkan:"Untuk mencapai persyaratan efisiensi tinggi, driver LED mode sakelar harus dipertimbangkan. Sebagian besar pelanggan ini lebih memilih untuk memilih driver LED step-down karena efisiensi keseluruhan lebih tinggi. Jika Anda mempertimbangkan biaya BOM terendah, konverter LED sakelar bukan yang termurah. Pelanggan tersebut dapat mencoba menggunakan driver LED arus konstan linier. Ini dapat memberikan biaya BOM terendah, tetapi efisiensinya mungkin tidak setinggi driver LED mode sakelar. Misalnya, dari area papan PCB terkecil Mempertimbangkan dari perspektif, konverter mode sakelar biasanya dipilih karena menghasilkan lebih sedikit panas dan bahkan komponen terkait akan lebih kecil.&kutipan;
Solusi peredupan analog, PWM, dan TRIAC
Solusi dan spesifikasi peredupan LED terus berubah, dan belum diperbaiki sampai sekarang, jadi sekarang ada PWM, analog dan thyristor (TRA
