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如何使用升壓電源提高LED燈泡的發光效率

發布時間：2020-04-13 責任編輯：lina

【導讀】使用 LED 作為光源的燈泡來替代螺紋旋入式白熾燈泡有很多好處。一般而言，我們將小號（5-9）的LED 串聯起來，使用一個電源將線電壓轉換為低電壓（通常為數十伏），這時的電流約為 350 到 700mA.在確定如何最好地讓用戶同線電壓隔離的過程中，我們需要深思熟慮、權衡利弊。

使用 LED 作為光源的燈泡來替代螺紋旋入式白熾燈泡有很多好處。一般而言，我們將小號（5-9）的LED 串聯起來，使用一個電源將線電壓轉換為低電壓（通常為數十伏），這時的電流約為 350 到 700mA.在確定如何最好地讓用戶同線電壓隔離的過程中，我們需要深思熟慮、權衡利弊。我們可以在電源中實現隔離，也可以在 LED 安裝過程中進行這種隔離。在一些低功耗設計中，LED 物理隔離是一種常用方法，因為它允許使用成本更低的非隔離式電源。圖 1 顯示了一種典型的 LED 燈(deng)替(ti)代(dai)方(fang)法(fa)。本(ben)舉(ju)例(li)中(zhong)的(de)電(dian)源(yuan)為(wei)非(fei)隔(ge)離(li)式(shi)電(dian)源(yuan)，其(qi)意(yi)味(wei)著(zhe)實(shi)現(xian)用(yong)戶(hu)高(gao)壓(ya)保(bao)護(hu)的(de)隔(ge)離(li)被(bei)嵌(qian)入(ru)到(dao)了(le)封(feng)裝(zhuang)而(er)非(fei)電(dian)源(yuan)中(zhong)。很(hen)明(ming)顯(xian)，電(dian)源(yuan)的(de)空(kong)間(jian)極(ji)其(qi)小(xiao)，從(cong)而(er)對(dui)封(feng)裝(zhuang)構(gou)成(cheng)了(le)挑(tiao)戰(zhan)。另(ling)外(wai)，電(dian)源(yuan)被(bei)隱(yin)埋(mai)到(dao)封(feng)裝(zhuang)內(nei)部(bu)，從(cong)而(er)阻(zu)礙(ai)了(le)散(san)熱(re)，影(ying)響(xiang)了(le)效(xiao)率(lv)。

如何使用升壓電源提高LED燈泡的發光效率

圖 1 燈泡替換使電源空間變得極小

圖 2 顯示了一個通過 120 伏 AC 電源為 LED 供電的非隔離式電路。它包含一個為降壓功率級供電的整流橋。該降壓調節器是一個“倒置版”，其電源開關 Q2 處在回路中，而環流二極管 D3 連接至電源。在電源開關導通期間，通過一個源電阻對電流進行調節。盡管這樣做的效率相當高（80%-90%），但(dan)是(shi)這(zhe)種(zhong)電(dian)路(lu)存(cun)在(zai)幾(ji)個(ge)限(xian)製(zhi)效(xiao)率(lv)的(de)缺(que)點(dian)。導(dao)通(tong)時(shi)，電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)必(bi)須(xu)承(cheng)載(zai)全(quan)部(bu)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)，而(er)在(zai)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)關(guan)閉(bi)時(shi)，輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)環(huan)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)。另(ling)外(wai)，電(dian)流(liu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi) R8 和 R10 的電壓約為 1 伏。相比 15 到 30 伏的 LED 電壓，所有這三個壓降都很大，並且會對電源效率構成限製。更為重要的是，這些損耗會促進燈泡溫升。LED 的發光能力會慢慢減小，而這種能力與LED的工作溫度密切相關。例如，70oC 條件下，LED 光輸出減少30%的時間超出了 50000 小時，而在 80oC 條件下，這一時間僅為 30000 小時。由於燈泡都安裝在一些“筒”中，而這些“筒”往往會阻礙散熱，不利於對流冷卻，因此發熱問題被進一步複雜化。

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圖 2 降壓調節器實現一個簡單的離線LED驅動器

LED 製造廠商通過將數支 LED 串chuan聯lian在zai一yi塊kuai公gong用yong基ji板ban上shang，製zhi造zao出chu更geng高gao電dian壓ya的de發fa光guang體ti。這zhe些xie高gao壓ya發fa光guang體ti帶dai來lai亦yi或huo是shi更geng低di的de成cheng本ben亦yi或huo是shi更geng高gao的de電dian源yuan效xiao率lv。使shi用yong這zhe些xie高gao壓ya產chan品pin，我wo們men隻zhi需xu使shi用yong一yi組zu整zheng流liu器qi和he一yi個ge穩wen流liu電dian阻zu器qi，從cong而er實shi現xian更geng低di成cheng本ben的de電dian源yuan方fang法fa。盡jin管guan這zhe種zhong電dian源yuan可ke以yi產chan生sheng相xiang當dang好hao的de功gong率lv因yin數shu，但dan效xiao率lv很hen低di，原yuan因yin是shi輸shu入ru電dian壓ya的de很hen大da一yi部bu分fen都dou被bei用yong在zai了le穩wen流liu電dian阻zu器qi上shang，導dao致zhi 30%-50% 的 LED 功率損耗。但是，它可以用於一些小體積的低功耗應用中。然而，在一些高功耗應用中，低效率讓其無用武之地。圖3顯示了另一種替代方法：其使用一個升壓電源。該電路的大部分都與上述方法相同。但是，開關、二極管和電流檢測損耗要小得多，帶來高達 90% 到 95% 的效率。另外，該電路還擁有 97% 的良好功率因數。

如何使用升壓電源提高LED燈泡的發光效率

圖 3 利用升壓電源提高 LED 驅動器效率

圖 4 為圖 1-2 示(shi)意(yi)圖(tu)所(suo)描(miao)述(shu)電(dian)源(yuan)的(de)照(zhao)片(pian)。即(ji)使(shi)這(zhe)種(zhong)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)大(da)致(zhi)相(xiang)同(tong)，但(dan)也(ye)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)影(ying)響(xiang)電(dian)源(yuan)尺(chi)寸(cun)的(de)明(ming)顯(xian)差(cha)異(yi)。升(sheng)壓(ya)電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)感(gan)器(qi)尺(chi)寸(cun)明(ming)顯(xian)更(geng)小(xiao)，因(yin)為(wei)其(qi)蓄(xu)能(neng)要(yao)求(qiu)更(geng)低(di)。相(xiang)比(bi)升(sheng)壓(ya)電(dian)源(yuan)，降(jiang)壓(ya)電(dian)源(yuan)有(you)一(yi)個(ge)更(geng)大(da)的(de)電(dian)阻(zu)器(qi)。該(gai)電(dian)阻(zu)器(qi)為(wei)一(yi)個(ge)仿(fang)真(zhen)負(fu)載(zai)電(dian)阻(zu)器(qi)（圖 2 所示 R20），用於決定調光器何時開啟矽控整流器（SCR）。需要這樣做的原因是，調光器在三端雙向可控矽開關組件旁邊有一個電磁幹擾（EMI）抑(yi)製(zhi)電(dian)容(rong)器(qi)，其(qi)在(zai)無(wu)負(fu)載(zai)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)電(dian)壓(ya)相(xiang)對(dui)電(dian)源(yuan)要(yao)高(gao)。這(zhe)樣(yang)便(bian)擾(rao)亂(luan)了(le)電(dian)源(yuan)，導(dao)致(zhi)出(chu)現(xian)不(bu)穩(wen)定(ding)調(tiao)光(guang)。使(shi)用(yong)升(sheng)壓(ya)電(dian)源(yuan)時(shi)卻(que)不(bu)需(xu)要(yao)這(zhe)樣(yang)做(zuo)，因(yin)為(wei) LED 通(tong)過(guo)升(sheng)壓(ya)電(dian)感(gan)器(qi)連(lian)接(jie)至(zhi)輸(shu)入(ru)，為(wei)其(qi)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou)負(fu)載(zai)，因(yin)此(ci)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)便(bian)不(bu)是(shi)問(wen)題(ti)。圖(tu)中(zhong)未(wei)顯(xian)示(shi)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)背(bei)麵(mian)，但(dan)正(zheng)如(ru)示(shi)意(yi)圖(tu)所(suo)示(shi)，降(jiang)壓(ya)電(dian)源(yuan)有(you)更(geng)多(duo)低(di)電(dian)平(ping)電(dian)路(lu)。所(suo)以(yi)，升(sheng)壓(ya)電(dian)源(yuan)擁(yong)有(you)更(geng)低(di)的(de)功(gong)耗(hao)，這(zhe)一(yi)點(dian)在(zai)諸(zhu)如(ru) LED 燈泡更換等空間限製型應用中極為重要。

如何使用升壓電源提高LED燈泡的發光效率

圖 4 升壓電源體積更小、效率更高

總之，高壓 LED 因其具有功耗低、溫升小的特點，可幫助增加旋入式 LED 燈deng泡pao的de使shi用yong壽shou命ming。它ta是shi通tong過guo使shi用yong升sheng壓ya電dian源yuan替ti代dai降jiang壓ya電dian源yuan，從cong而er提ti高gao電dian源yuan效xiao率lv來lai實shi現xian的de。升sheng壓ya電dian源yuan的de損sun耗hao約yue為wei降jiang壓ya調tiao節jie器qi的de一yi半ban。另ling外wai，升sheng壓ya電dian源yuan的de組zu件jian更geng少shao，功gong率lv因yin數shu更geng好hao，體ti積ji更geng小xiao，並bing且qie利li用yong三san端duan雙shuang向xiang可ke控kong矽gui開kai關guan組zu件jian實shi現xian調tiao光guang更geng容rong易yi。

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