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创新技术产品—高性能TRIAC调光LED驱动器

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创新技术产品—高性能TRIAC调光LED驱动器

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易光产品动态
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发布时间:
2015/01/03 16:32
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按照美国能源署(DOE)最新统计,在美国家庭正在使用的超过四十亿只白炽灯是可控硅调光的。由飞利浦照明的最新预测,LED照明将在2015年占领消费市场高达50%。
 
可控硅调光有很大的优势,有巨大的市场需求:
 
1、安装方便。目前市场上的白炽灯和卤素灯可以简单替换为LED灯,无需改线路。
 
2、调光器价格低廉,使用率高。
 
3、调光器品牌众多,购买方便,市场基础好。
 
4、节能效果明显。
 
5、调光效果符合人们的习惯需求。
 
6、可控硅调光已经和白炽灯、卤素灯结成了联盟,占据了很大的调光市场。
 
一、现有的可控硅调光LED照明存在哪些问题
 
市场上出现的所有的兼容可控硅调光LED驱动器:
 
1、整体效率都十分低下。比恒流型LED驱动低10%-15%;
 
2、发热都很大。比恒流型LED驱动寿命低50%以上;
 
3、无法做大功率,一般小于20W。因效率低,发热大,THD大;而调光器的功率很多是400W以上。
 
4、调光曲线差。不同功率和品牌的调光器,调光范围差异很大;
 
5、总谐波失真(THD)很大。THD值是恒流型LED驱动的100%-400%;
 
6、对调光器的兼容性很差。闪烁、跳变、慢变是常见问题,做到70%的兼容性已经是很好了;
 
7、电磁兼容性(EMC)很差。一般都无法满足FCC和EN55015;
 
8、成本高。高于同类恒流型LED驱动的20%-100%;
 
二、理想的可控硅调光LED照明应该是怎样的
 
1、效率高。高于或等于同类恒流型LED驱动;
 
2、发热小。寿命大于或等于同类恒流型LED驱动,达到5-10万小时以上;
 
3、可以做到大于25W以上,达到50W甚至100W的功率。使可控硅调光在LED照明有广泛的应用;
 
4、深度调光。对不同功率和品牌的调光器,调光范围适应性符合人们的习惯;
 
5、总谐波失真(THD)优于或等于白炽灯调光;
 
6、兼容性好。做到99%以上,没有闪烁、跳变、慢变、启动困难等问题;
 
7、电磁兼容性(EMC)完全满足FCC和EN55015等常见标准;
 
8、成本合理或更低。与可控硅调光器的低廉是一致的,等于或低于同类恒流型LED驱动;
 
这样的可控硅调光LED驱动,是符合人们对调光产品的预期,才能得到广泛的应用。
 
在LED照明快速发展的今天,可控硅调光产品,不会在市场上消失,至少有10-20年的过渡时间,大量的市场需求,就迫切要求有理想的可控硅调光LED驱动器出现。
 
三、易光科技的创新技术产品
 
深圳易光科技公司研究出具有超高效率、低谐波(THD)、无闪烁(Flicker-free)和无微闪(Shimmer)的新型可控硅调光LED驱动技术。
 
该技术还具有深度调光(1-100%)、无嗡嗡声(Buzzing)、快速低光强启动、快速调光无闪烁的特点,MTBF大于60万小时。
 
该新技术产品,还具有低成本的特点。同时,该技术使得可控硅调光LED照明的EMC变得容易。
 
由于采用新型的控制技术,对调光器的兼容性大大优于已有的各种技术方案,几乎达到100%的兼容。
 
应用该创新技术,可以做成低成本的单级PFC技术(Signal-stage),也可以做成PFC+PWM双级无频闪。
 
目前市场上常见的可控硅调光LED照明的最大功率小于40W。由于该技术具有高效率的特点,使得可控硅调光产品功率可以从5W到100W,甚至是更高功率输出。可以达到全球最高功率的可控硅调光LED驱动器。
 
易光科技公司与美国一家知名的半导体公司合作开发了适合这一技术的专用IC,使得外围电路简单,使用零件数小于60个,使用单面PCB设计变得容易。
 
这一创新技术,克服了LED照明使用可控硅调光带来的一系列缺点,使得廉价的可控硅调光LED照明出现了新的大量的市场应用前景。
 
下表为易光科技创新技术产品与市场上常见同类产品的性能比较表
 
 
四、创新技术的分析
 
下面,从高效率、低THD、无闪烁、深度调光、快速调光、兼容性和EMC几个方面分析和描述这个产品的特点。
 
1、超高效率和大功率调光
 
目前,尽管多个跨国大芯片公司都推出了兼容现有可控硅调光的芯片和解决方案,为了解决可控硅稳定工作而设置的泄放电路(Bleeder circuit),损失效率和发热严重。为了限制AC峰值电流和防止可控硅误关断,则需要串联功率电阻来限流。这些,都将导致整体效率十分低下,发热严重,尤其是不能大功率应用,一般都无法做大于25W的可控硅调光LED驱动器。
 
由于这些稳定电路的存在,效率都不会超过80%,即使未使用调光器的情况下,这些电路还在工作。iWATT方案,使用了MCU检测,改善了无调光器工作时的效率,但有调光器工作时仍然效率低。同时,又存在THD很高和IC发热严重的问题,无法兼顾。
 
易光科技的创新可控硅调光技术,无泄放电路(Bleeder circuit),无限流电路,通过专用IC智能控制,仍然确保可控硅稳定工作,有效地将可控硅需要稳定工作的电流转移到输出LED上,大幅度提升了效率。且效率指标高于PSR恒流型单级PFC。
 
易光科技使用这一新技术,已经开发了12W,20W,30W,40W,50W,75W,96W系列产品。12W产品的无调光器工作效率高达89%,含调光器工作效率高达87%,是目前市场上效率最高的产品。
 
由于高效率的特点,使得这个技术,可以达到大功率应用。目前,易光科技已经做到75W的可控硅调光LED驱动器产品。无调光器工作效率高达89%,含调光器工作效率高达87%,是目前全球市场最高效率和最大功率的唯一技术产品。
 
由于高效率的特点,使得这个技术,可以达到大功率应用。目前,易光科技已经做到96W的可控硅调光LED驱动器产品。无调光器工作效率高达89%,含调光器工作效率高达87%,是目前全球市场最高效率和最大功率的唯一技术产品。
 
下图1为20W调光产品典型效率曲线比较。
 
 
从上图可以看出,易光科技的20W的新技术可控硅调光产品,含可控硅调光在内的最大效率达到89% ,即使在低调光时,仍然保持了较高的效率。
 
而其它技术的可控硅调光产品的最大效率仅为78%,而且,调光越小,效率下降越多。
 
2、低谐波技术(THD)、无闪烁(Flicker)和无微闪(Shimmer)
 
低谐波是美国能源之星和DLC标准中的重要的要求。
 
AC电流波形的好坏,就能正确反映可控硅调光LED驱动器的技术性能的优劣。
 
下面,展示市场上大量应用的可控硅调光LED产品的一款典型的AC电流波形:
 
 
图2:TRIAC调光AC电流波形(Leading Edge)                ELV调光AC电流波形(Trailing Edge)
 
从这个AC电流波形看,TRIAC调光有十分严重开通电流过冲,且产生了十分严重的电流振铃,很容易不满足可控硅的擎住电流(Latch)条件而发生不稳定开通。且在低温工作时,可控硅的擎住电流(Latch)和维持电流(Hold)增大,更容易发生不稳定开通和提前关断现象,从而导致调光的闪烁。由于可控硅品牌不同,功率不同,其可控硅的擎住电流(Latch)和维持电流(Hold)也不同,这种技术产品对调光器的兼容性不高。
 
在这种AC电流情况下,THD表现就很差了。那么,大量的可控硅调光产品在同一电网上工作,电网遭到严重污染,导致别的电器受到干扰和工作的不稳定。同时,这种技术的产品,开通的AC峰值电流很大(是正常峰值电流的5倍),可控硅调光器很容易因此损坏。
 
市场上大量应用的可控硅调光LED产品的另一款典型的AC电流波形:
 
 
图3:TRIAC调光AC电流波形(Leading Edge)                ELV调光AC电流波形(Trailing Edge)
 
从这个AC电流波形看,呈现为短时间的峰值开通,电流大且时间短,开通相位严重不充分和不完整。
 
虽然确保了可控硅的擎住电流(Latch)条件而保持了每个周期的正常开通,但不能保持全相角导通,导致了整体效率低和峰值电流大的情况,应用于小功率尚且可以接受,在大功率工作时效率低和更大的峰值电流是完全不能接受的。
 
这种调光技术的THD表现为非常差情况,大量应用对电网污染很大,峰值电流大容易损坏调光器。
 
由于相位开通不完整,小电流开通容易发生不对称,导致低光强的微闪(Shimmer)或者低光强慢变现象。
 
下面是易光科技新技术调光的AC电流波形:
 
 
图4:TRIAC调光AC电流波形(Leading Edge)                ELV调光AC电流波形(Trailing Edge)
 
从AC电流波形看,易光科技新技术产品的电流过冲非常小,相位开通充分而完整,THD可以达到可控硅调光产品的最小值,且无电流振铃。与白炽灯调光AC电流波形几乎相同。
 
在这种电流波形下,可控硅开通和导通稳定,不会产生闪烁和微闪现象,调光效果最佳。
 
使用这种技术的可控硅调光产品,峰值电流非常小,对电网污染轻微,调光器工作可靠不易损坏。
 
3、深度调光(Deep dimming)技术
 
深度调光技术,一直是可控硅调光产品中的难点。
 
由于可控硅调光器功率和品牌的不同,使得调光的最大开通相位和最小开通相位的差异,而且,这些差异还很大,对依赖相位角调光的产品将导致最大调光和最小调光很大的差别。使得可控硅调光在LED照明产品应用中一致性很差,往往是最大调光不足85%,最小调光大于30%,调光效果是很差的。
 
针对上述情况,易光科技使用了MCU处理技术,在全开通180度相位,对开通相位大于140度均按最大输出,对开通相位小于40度的调光,按照对数补偿处理,这样就确保了不同的调光器都具备了深度调光的特征。
 
下图为使用这种补偿技术产品的典型调光曲线。
 
 
下图描述了使用常见的Lutron和Leviton调光器情况下,用常见的调光曲线的效果。
 
使用Leviton调光器的调光范围为:1%→100%,而使用Lutron调光器的调光范围为1.7%→49%。显然,这种调光效果是不能接受的。
 
 
下图描述了使用常见的Lutron和Leviton调光器情况下,用易光科技新技术的深度调光调光曲线的效果。
 
使用Leviton调光器的调光范围为:2%→98%,而使用Lutron调光器的调光范围为7%→95%。显然,这种调光效果是好的。
 
 
4、快速调光(Rapid dimming)无闪烁技术
 
快速调光在实际使用中是常见的。一般常见的如图2、3所示的可控硅调光技术,由于需要兼顾PFC的15HZ带宽,同时要处理可控硅的擎住电流(Latch)和维持电流(Hold),以确保调光的稳定性,系统响应速度一般小于10HZ,因此,在快速调光时,将产生明显的过冲,可控硅的擎住电流(Latch)和维持电流(Hold)不能维持住,会产生闪烁不稳定,甚至始终稳定不下来。
 
而易光科技的这项新技术,使用了相位预置和快速响应的MCU控制技术,系统响应速度大于20HZ,采用柔性变换控制,使得快速调光时的电流输出是平稳响应的,不会产生过冲和闪烁现象。
 
5、兼容性
 
由于采用了新型的控制技术,可控硅的擎住电流(Latch current)、擎住时间(Latch time)和维持电流(Hold current)的稳定工作条件,不论是最大导通角,到冲击电流最大的90°导通角,还是最小导通角,在任何时候都能得到满足。即使是使用大功率700W的调光器应用在小于3W的小功率LED照明,也能得到满足。所以,其可控硅兼容性大大优于目前各世界知名品牌的可控硅调光方案,几乎可以是100%兼容。
 
6、EMC技术
 
任何新技术的应用,必须满足相应的产品标准。
 
易光科技创新研发的可控硅调光技术,另一个主要特点是:易于满足的EMC。
 
可控硅调光器本质上只有带阻性负载且最小负载必须大于规定值才能稳定工作,由于可控硅调光驱动的首先是整流滤波电路,对调光器而言,呈现为容性,导致流过可控硅调光器电流的不连续,从而导致可控硅调光器不能稳定工作。
 
目前各世界知名品牌的可控硅调光方案,采用各种技术手段都是在模拟阻性特性,采用泄放电路和限流电路以满足可控硅稳定工作条件,为了减少牺牲的效率,都要尽量避免使用或减小X电容,这一定会导致产品难以通过EMC的传导和辐射,小于10W的产品,通过增加共模和差模电感量,勉强可以通过EMC,但是大于20W的产品,由于功率大干扰大,就难以通过EMC了。
 
而易光科技的这项创新技术,完全摆脱了传统思路,无泄放电路(Bleeder circuit),无限流电路,通过专用IC智能控制,有效地将可控硅需要稳定工作的电流转移到输出LED上,仍然确保可控硅稳定工作,不仅大幅度提升了效率,而且允许增加X电容来改善EMC而不牺牲效率。这个革命性的创新技术,达到了既解决EMC问题,又完全不牺牲效率。使得可控硅调光的LED驱动器真正实现了理想和实用化。
 
易光科技已经完成了大功率的40W、50W和96W的可控硅调光LED驱动器的产品化,并完全满足FCC和EN55015的要求。
 
五、寄语
 
由于可控硅调光是传统的调光技术,具有成本低廉,安装使用方便,易于购买等优点。且早就与白炽灯和卤素灯结成了联盟,占据了很大的调光市场。在白炽灯和卤素灯正在退出的原大量应用市场,无法立即退出可控硅调光,这就导致了可控硅调光LED替代与兼容市场还有5-10年甚至更长的历史舞台。
 
易光科技历时一年的研究,真正地解决了可控硅调光LED驱动的多个技术瓶颈难题,使得可控硅调光的LED照明变得实用和理想化,世人也不再诟病可控硅调光LED照明那么多的缺点,而是充分享受可控硅调光带来的廉价和便利性。
 
这款新技术产品,由于采用专用的IC,使用零件少,可靠性高,MTBF大于60万小时。50W以下的产品仅采用单面PCB设计,成本低廉,与可控硅调光的廉价性相匹配,设计的LED灯具,具有很大的成本优势。

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