LED驅(qū)動的新前景
LED照明是一項近乎主流的技術(shù),換代LED燈使物業(yè)管理人員和業(yè)主利用傳統(tǒng)的電力基礎(chǔ)設(shè)施即可享受LED的較長工作壽命和節(jié)能特性。局域網(wǎng)(LAN)、以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)提供了前所未有的動態(tài)監(jiān)測和控制每個LED燈以及智能LED照明/傳感器集中器的能力。
LED驅(qū)動的應(yīng)用優(yōu)勢在不斷發(fā)展和成熟,會成為越來越多傳統(tǒng)及新照明應(yīng)用的首選。LED的優(yōu)勢包括更長的工作壽命、更高的能效以及小巧的外形尺寸。
LED發(fā)光的波長或顏色依賴于LED構(gòu)造中所用的材料。借助合適的驅(qū)動器,LED將具有更大的設(shè)計靈活性,便于調(diào)光和更改發(fā)光顏色;與合適的控制器及傳感器配合使用時,可根據(jù)環(huán)境中條件的變化調(diào)節(jié)發(fā)光量和顏色。這種能力使其可用于室內(nèi)照明以及可調(diào)光路燈和室外照明等,根據(jù)環(huán)境光變化改變其亮度。LED調(diào)光節(jié)省的電能大約為1:1,也就是說將LED調(diào)光至50%,將節(jié)省大約50%的電能。
設(shè)計者不斷將LED應(yīng)用于日益增長的各種照明應(yīng)用,現(xiàn)在討論兩種場景下的LED應(yīng)用。設(shè)計者在傳統(tǒng)規(guī)格燈具中使用LED模塊,LED必須與已有的電力基礎(chǔ)設(shè)施配合工作,發(fā)揮LED燈的優(yōu)勢。相比之下,以太網(wǎng)供電(PoE)LED照明網(wǎng)絡(luò)則采用較新或并聯(lián)的電力基礎(chǔ)設(shè)施。
LED驅(qū)動器為低壓元件,用于將輸入電壓(例如120V、220V或277V)轉(zhuǎn)換為LED要求的低壓,同時這些驅(qū)動器也解析控制信號,調(diào)暗、調(diào)亮以及更改發(fā)光顏色。LED驅(qū)動器可采用恒流或恒壓(通常為12V或24V)配置,但這兩種類型的驅(qū)動器不可互相交換?! ∪绻鸏ED發(fā)光的幅度或頻率被周期性調(diào)制或波動,人眼就會感測到;如果輸入電流快速變化造成LED燈輸出發(fā)生快速變化,LED 燈就容易發(fā)生閃爍(引起閃爍的原因有很多。好的LED驅(qū)動器設(shè)計應(yīng)考慮所有的內(nèi)部和外部因素,為LED提供恒定、無振蕩電流,實現(xiàn)無閃爍調(diào)光。
LED可用于代替其他照明技術(shù),尤其是白熾燈和鹵素?zé)簟ED燈用于已有照明基礎(chǔ)設(shè)施時,主要面臨兩項挑戰(zhàn):首先,更換的照明燈必須符合傳統(tǒng)光源的外形尺寸;其次,必須在已有電氣基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境下無閃爍地工作。將LED燈安裝至現(xiàn)有燈具,不僅限制了驅(qū)動器電路板的尺寸,而且要考慮設(shè)計本身的散熱問題。
由于LED僅發(fā)射可見光,發(fā)熱高于白熾燈或鹵素?zé)簦嵋彩窍拗普彰鳠舢a(chǎn)生發(fā)光量的因素之一。而當(dāng)今換代燈采用的LED技術(shù)幾乎達(dá)不到主流市場可接受的亮度水平。提高亮度限值,改善隨之而來的散熱設(shè)計,是設(shè)計一款商業(yè)上成功的產(chǎn)品必不可少的,但是散熱設(shè)計必然會影響驅(qū)動板的使用壽命。為了發(fā)射更多的光,照明燈就必須工作在相對較高的溫度下(+80℃~+100℃),在這種溫度環(huán)境下,容易受高溫影響的驅(qū)動器電路板會限制整個LED燈的工作壽命。
為了能夠在現(xiàn)有電氣規(guī)格下工作,換代LED燈必須能夠配合基礎(chǔ)設(shè)施正確工作,然而每種基礎(chǔ)設(shè)施都存在自身的技術(shù)問題。對于鹵素?zé)簦捎诤牧髯銐蚋?,能夠保證調(diào)光器保持導(dǎo)通,所以調(diào)光器工作得很好。然而,LED換代燈則不能支持可控硅調(diào)光器很好地工作,因為它既不能提供所需的啟動電流,又不能提供保持電流,造成的結(jié)果就是調(diào)光器不能正常啟動或在工作時關(guān)閉,導(dǎo)致LED燈產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。
電子式變壓器具有其自身的設(shè)計注意事項:要求負(fù)載為電阻性,但LED燈不是電阻負(fù)載,因此,需要改變負(fù)載特性,防止電子變壓器關(guān)斷。LED燈設(shè)計中的一項最大障礙就是需要開發(fā)無閃爍調(diào)光并兼容電子變壓器的照明燈。電子變壓器遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)磁性變壓器,當(dāng)LED燈所需的電流較低時,是一項艱巨的設(shè)計問題。較低的LED電流造成大多數(shù)LED燈不能與電子式變壓器配合工作,調(diào)光器會進(jìn)一步減小電流,加劇了這一困難。Maxim的MAX16840LED驅(qū)動器采用擁有專利的固定頻率、平均電流模式控制方法解決了這一問題,并且兼容絕大多數(shù)電子變壓器和后沿調(diào)光器。
LED很容易配合傳感器、無線通信模塊以及嵌入式處理器進(jìn)行工作,這種特性允許LED燈具變?yōu)橹悄芫W(wǎng)絡(luò)傳感器集中器,利用隔離的本地嵌入式處理器,照明系統(tǒng)可實現(xiàn)節(jié)能。將智能LED燈/傳感器集中器連接至局域網(wǎng)(LAN),允許已安裝的LED集中器快速支并充分利用IoT(物聯(lián)網(wǎng))上涌現(xiàn)出的新功能,無需更換昂貴的照明燈,即可提供適應(yīng)未來發(fā)展的技術(shù)(如圖2所示)。PoE非常適合于通過LAN供電、連接和控制智能LED集中器,降低了兼容IP設(shè)備的部署和安裝成本,包括LED燈和傳感器集中器。由于只需要布設(shè)一根數(shù)據(jù)電纜,所以布線成本較低,而且無需獨立的電源電纜。由于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)布線無需雇傭有執(zhí)照、有資質(zhì)的電工,所以安裝成本較低。LED驅(qū)動由于既能夠通過所連設(shè)備的電源實現(xiàn)離散控制,又能夠在斷電期間僅使用網(wǎng)絡(luò)連接提供電源備份,所以PoE網(wǎng)絡(luò)可以支持更好的總體網(wǎng)絡(luò)電源管理。