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ST推出LED电源全套方案加速LED照明普及

来源:原创 编辑:admin 时间:2020-08-18 09:23
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ST推出LED电源全套方案加速LED照明普及 电力电子论坛 为提供各种场域所需要之节能照明,ST(意法半导体)推出一系列完整的电源设计方案与相关产品组合,从低瓦数到高瓦数产品皆一应俱全,让电源设计工程师能够依据产品的用电特性,来选择适合的电源产品解决方案,以开发出物美价廉且能效超高的LED照明相关产品。
  四大LED照明领域皆采不同电源设计ST(意法半导体)技术营销经理萧复元先生,针对意法半导体产品与解决方案:LED照明议题做演说。
他以LED照明相关产品的角度出发,来说明其电源设计的各式解决方案。
  有关LED照明的拓朴,大致可以区分成四大区块,包含:(1)室内照明聚光照明(15W,小于15瓦),这类照明采用一般普通的非隔离式降压或升压的Flyback:PSR(返驰式:初级侧调节技术)来设计。
(2)室内/户外照明(15~100W),这类照明可采用PassivePFC Flyback(被动式功因校正 返驰式)、SingleStagePFC(单级返驰式功因校正)或ActivePFC Flyback(主动式功因校正 返驰式)。
(3)户外照明/路灯(100~250W),可采用ActivePFC Flyback、ActivePFC QRFlyback(准谐振返驰式)或PFC LLCResonant(功因校正 LLC谐振)。
(4)特殊照明,如车用照明(AEC-Q100规范)。
  至于一般LED照明的应用,则可区分成六大类别,包括:居家、商用、户外、路灯、大区块、紧急照明等。
  而驱动这些LED照明应用市场的关键因素,主要就是这三项:(1)效率,亦即注重PFC(功率因素校正)要高,例如能源之星就规范了5瓦以上的高功因产品,室内与商业照明的功率因素必须大于0.7和0.9.(2)信赖性,亦即MTBF(平均故障间隔时间)要低,例如采用无e-cap(电解电容)的电路设计方式,便可减少对温度的敏感度,以增加稳定性。
(3)体积小,亦即在革新照明球泡灯替代方案,包括3~20W等的产品中,其电路必须要能塞入很小的空间,且具备TriacDimmable(前缘式矽控调光)功能,以增加整体稳定性。
  若以电源的瓦数来区分照明应用,则可分成:Retrofit(如球泡灯)、Linear(如日光灯)、Panel(如平板灯)、Street(路灯)等。
瓦数依序为3~15W、15~75W、100W等低、中、高瓦数的3种,各种瓦数的电源架构设计与需求上也有所不同。
  例如:(1)低瓦数(15W)须具备高功因、电源与灯体采单一封装、矽控调光、体积小等特性,LED电流在10mA~1A,采单串设计。
(2)中瓦数(15~75W)具备高功因、采电源板与控制板分离设计、后调控与调光、低成本等特性,LED电流在100mA~1A,采单串或多串设计。
(3)高瓦数(75W)则同样具备高功因、采电源分离设计、创新的数码调光方法、远程控制、宽温设计(-40C)、ZVS(零电压转换)等特性,LED电流在100mA~1A,采单或多串设计。
  方案众多、功因超优符合各式照明需求以一般15W以下的照明产品,其电路架构来说,5W以下一般都是搭配一组QRFlyback转换器,而5W至15W的一般除了有高功因的QRFlyback转换器之外,也有搭配前Triac调光的高功因Flyback转换器设计。
QRFlyback的好处是可以减少切换的能耗损失,提升能源效率大于80,比起传统Hardswitching(硬开关)设计的75还高,因此适合应用在LED灯的电源设计。
  一般连接AC(交流电)的标准电源供应器,应用在需要直流电的LED灯时,我们可以透过更改其架构,包括将VoltagereferenceIC(基准电压IC)换成CC/CV控制器。
甚至将驱动IC、MOSFET(金属氧化层场效晶体管)等元件,以集成PSR的作法,便可把光耦合器、基准电压IC等元件省略。
  因为不同瓦数的照明产品,就有不同的电源设计需求,因此ST针对不同的产品应用,推出各种相关的因应解决方案。
在一般照明(15W)的产品部分,有5W的HVLED805、7W的HVLED807PF与15W的HVLED815PF等产品。
具备高集成度、低零件数、高功因与低THD(总谐波失真率)等特性。
  可调光稳压设计高质量无可代替而在Triac调光的方案,例如STEVAL-ILL044V1采独立设计,采美规(90~132V)可调光设计,输出电源为9W、175mA,具备能源效率86,高功因0.98,THD值20等特性。
因为具备调光的产品,大多区分为美规与欧规两种电压的产品,ST也正着手开发欧规(高达230V)搭配Triac的方案,甚至未来可能开发Universal(全电压,90~230V)的产品,以满足各种客户的需求。
  萧复元表示,以传统9WTriac可调光的电路设计,在一开灯的时候,其LineVoltage(线路电压)会突然遽增然后缓降到稳定,而LineCurrent(线路电流)则因为Triac无法固定住电流而产生所谓的Ringing(振荡)波形,造成灯泡刚点亮时会有Flicker(闪烁)现象。
而HVLED815PF这个LED控制器,其InputEMIfilter(输入滤波器)有加入Dampingcircuit(阻尼电路),透过加入R-C等元件,可让灯泡在刚通电的时候,LineCurrent能够维持稳定的线形、减少Ringing,让灯泡刚开启时,不会出现闪烁现象。
  而HVLED815PF如何达到高功因的方式,其透过Diode(二极管)来增加低电压时的转换效率,且在调光时透过在整流器上加入一个AC元件,透过内部IC控制器来比较其麦当劳波,让其功率表现更好。
  至于15W的Triac调光方案,STEVAL-ILL045V1是一种非隔离设计,其拿掉clampcircuit(钳位电路)的设计,让次级绕组为初级绕组的一部分,在FET的汲极电压overshoot(过冲)较少,因此可以提升其功因。
  中高瓦数方案多提升功因不用愁在15W~75W的中瓦数解决方案部分,以单串LED设计部分,大多以一组高功因的Flyback转换器搭配CC/CV控制器来实作。
而多串LED则在上述的转换器后面,再加入MonolithicBuckConverter(单芯片降压转换器),以及多颗InverseBuckConverter(反向降压转换器),然后搭配类比方案的AnalogController(类比控制器)或搭配数码方案的MCU(微控制器),来达到多串LED的电源控制。
  其电路图架构部分,单串的设计中,以PFC控制器部分,采用了STL6562A/AT、L6564(T/H)等来做顺态模式的PFC控制,MOSFET部分采用STSuperMESH5PowerMOSFET(800V~950V),具有的静态与动态效率。
而在CC/CV控制器部分,则采用TSM101(CC/CV控制)与SEA05、SEA01(具数码调光功能)等CCC控制器。
值得说明的是,数码调光透过preset(缺省参数)的方式,预先将调整好的数据写入内部的存储器,其优势是在量产时可以节省人力成本。
  至于多串LED、类比电路的设计架构上,其经过AC-DC转换后,接著采用两组DC-DCBuckLED驱动IC(如STLED5000、LED2001、LED2000元件)搭配Schottky(萧特基)二极管,后经过两组DC-DCInverseBuckLED驱动IC的作法来达成。
由于Standard(标准)降压转换器因为是浮动的,必须具备电荷帮浦电路,而采用Inverse(反向)降压转换器,其功率型MOSFET的汲极是接地的,具有容易控制的特性。
  再来看高瓦数应用产品。
以75W搭配PLM(PowerLineModule;电力线模块)来遥控的高阶产品来说,其架构就是前缘采用高功因Flyback,然后连接两组InverseBuck(独立串设计),然后连接STEVAL-ILL043V1这个PLM远短遥控模块,让其使用电力线就能够遥控其LED灯的开闭状态。
以建筑户外照明(75W)的多串(类比或数码驱动)电路设计部分,搭配ST的各种产品,可以做到电源效率93.整体平均效率87.  在75W的数码LED电源设计部分,采用其EVALSTLUX385,具有4通道LED与调光功能,并具备可透过DALI、USART等传输接口来远程遥控的特色。
STLUX385A照明和电源管理数码控制器已获得CES2014创新奖,是首颗以可编程芯片解决所有应用需求的数码控制器。
  其规格上支持12~50V,4组独立可组态的LED通道,每通道可支持3~10颗LED灯,且具备断路与短路保护设计。
适合应用在专业照明、路灯、灯光混色与调色等各种应用需求。
  整体来说,ST提供不同瓦数、架构、调光等一般LED照明应用的整体解决方案,包括类比或数码电路等方法,并提供多样设计工具(如评估板)、开发套件、设计工作表和应用笔记,能让LED照明的电源设计更简化、更轻松、更有效率。

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