用電源開關實現LED燈泡無級調光
隨著全球開始淘汰低效率的白熾燈,一個很大的白熾燈替代市場就隨之出現,特別是在歐美家庭市場,因為很多的白熾燈都在利用TRIAC調光器進行調光。盡管CFL節能燈由于與白熾燈的價差低而搶先吃到了這一蛋糕,但普遍相信具備調光能力的LED燈泡才是最終的替代產品。由于歐美家庭很多都安裝了TRIAC調光器,因此要順利替代現有的白熾燈,LED燈泡必須支持TRIAC調光,這也是為什么最近支持TRIAC調光的led照明驅動方案很紅火的一個主要原因。
不過,凹凸科技(O2Micro)FAE總監和產品開發總監郭清泉指出:“我們應該看到的三個問題是:第一,TRIAC調光器有一個最大缺點,即功耗大,特別是在輕載時,只有約10%的效率,而PWM調光則要好很多,亮度降到50%時,還有約80%的效率。第二,任何支持TRIAC調光的LED照明驅動方案都做不到支持市面上所有的TRIAC調光器。第三,最大的LED照明燈具應用市場(即全球辦公室照明市場)目前普遍采用熒光燈,其基礎設施中沒有TRIAC調光器,而這一市場將領先家庭LED照明市場啟動。”
為了克服以上三個問題,O2Micro發明了獨特的三段LED燈泡/燈管調光技術,采用了正在專利申請之中的模擬調光技術,它無需TRIAC調光器,只需利用墻上的電源開關就可以實現三段調光(100%,50%,20%),無需RF遙控電路,因此不僅調光成本可做得更低,而且還可以去掉遙控器。
這種三段調光技術的效率甚至比PWM調光方法還好。郭清泉表示:“OZ8022A和OZ9992都支持100%、60%和20%三段仿真調光功能,在26V/300mA輸出LED串和85-265VAC寬泛輸入電壓范圍情況下,三段效率分別大于86%、82%和77%。”
OZ8022A和OZ9992是目前O2Micro開發成功的二種支持三段模擬調光的LED控制器,OZ8022A是最新一代產品,采用SOT-23-6封裝,OZ9992是前一代產品,采用SOP-8封裝。OZ9995控制器也支持三段調光,不過,它采用的是PWM調光技術。
郭清泉說:“OZ8022A是OZ9992的改進版,它的應用實現比OZ9992簡單得多,因此BOM成本也更低。目前日本家電制造商Orion電機已向商業市場推出基于OZ9995實現的三段調光LED燈泡,功率范圍5W到8W,工作壽命長達4萬小時,Orion下一代4W、6W和9W LED燈泡將會采用OZ8022A.目前也有多家日本家電制造商正進行評估OZ8022A 和 OZ9992。
不管是家庭用戶還是辦公室用戶,三段調光LED燈泡或燈管都可有效地幫助用戶節省能源開支。不過,在實際使用過程中,由于不同輸出功率LED燈泡或燈管在60%和20%處發出的亮度是不同的,因此不少用戶希望對三段調光的亮度比例作出調整,為了滿足所有這些客戶的不同要求,O2Micro這幾年潛心開發無級調光技術,它同樣無需采用TRIAC調光器,只需使用墻上電源開關就可以實現任意亮度的調節。
郭清泉表示:“這一無級模擬調光技術現在已經開發成功,我們甚至已經做出樣品,一旦有合適時機,我們便會正式宣布。目前我們重點推動的還是三段調光led驅動器OZ9992、OZ9995和OZ8022A,但長期來看,我們將重點推廣無級調光LED驅動器。”
補充內容:如何去掉LED驅動電源輸入和輸出端的電解電容?
今天的LED照明驅動電源有一級架構和二級架構之分,一級架構指的是從220/110V交流市電直接整流降壓產生一個恒流輸出驅動LED,二級架構指的是先從220/110V交流市電整流降壓產生一個中間DC電壓(如48V),然后再經過一個DC/DC轉換階段產生恒流輸出驅動LED。
一級架構的優點是結構簡單,所需元器件較少,BOM比較低,缺點是輸出紋波較大,一般輸出端需要一個較大的電解電容(220uF)。二級架構的優點是輸出紋波小,因此可以去掉輸出端大電解電容,而代之以容量較小的陶瓷電容或薄膜電容。但二級架構會犧牲效率,一般整體效率只能做到80%以上,而一級架構通常可做到90%以上。另外,二級架構成本也會增加。
凹凸科技(O2Micro)FAE總監和產品開發總監郭清泉指出:“如果采用二級架構來實現LED照明驅動電源(如隔離反激PFC級+降壓級),那么輸出端電解電容就可以被陶瓷電容或薄膜電容替代。至于交流輸入端,由于安規方面的考慮,總體來說輸入LC濾波器是必不可少的。”
目前歐美LED通用照明市場要求隔離電源,因為他們對安規和EMC要求較嚴。隔離電源效率通常在85-88%之間。日本、韓國、大陸相較而言對LED照明電源電氣隔離沒有特別要求,因此通常采用非隔離電源,其效率可做到92-93%。
OZ9992和OZ9995是針對非隔離LED照明驅動電源開發的LED驅動器,但它們也可用來開發隔離型二級架構LED驅動電源。郭清泉說:“如果采用二級架構實現(如隔離反激PFC級+降壓級),在第一級采用PSR控制器OZ8021,在第二級采用OZ9992或OZ9995,那么輸出端電解電容也可以被陶瓷電容所取代。”
當然,這也不是絕對的。郭清泉表示,采用Boost PFC+隔離式Flyback架構的兩級方案,Boost級的輸出電容可以比較小,但這樣會造成Flyback部分的輸入電壓有較大的波動。如果Flyback的環路帶寬比較寬,就有機會在低功率(如10W)的應用中采用陶瓷電容作為輸出電容而不會有閃爍問題。
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