在美國(guó)，傳統(tǒng)的 100W 和 75W 白熾燈已很少見(jiàn)，60W 和 40W 的白熾燈也將在今年逐漸停售。鹵素?zé)�、緊湊型熒光燈 (CFL) 和 LED 燈等技術(shù)產(chǎn)品均爭(zhēng)先恐后要取代白熾燈。其中，鹵素?zé)艉?CFL 已被使用了一段時(shí)間，LED照明設(shè)備則只是在最近五年才因技術(shù)效率顯著提高而變得非常實(shí)用。發(fā)光效率被定義為光通量(流明或 lm)與輸入功率(瓦特或 W)的比率或?qū)懽鰈m/W。與汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性類(lèi)似，它是對(duì)一種光源發(fā)光效率的計(jì)量。

顯然，CFL 與 LED 都是高效光源的上好選擇，而以現(xiàn)在的市場(chǎng)價(jià)格看，CFL 似乎最經(jīng)濟(jì)劃算。但是 CFL 存在一些環(huán)保問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兒�有微量的汞，需要特殊的處理方法。此外，安裝標(biāo)準(zhǔn) TRIAC 調(diào)光器后 CFL 的調(diào)光效果通常(或根本)不佳。公平地說(shuō)，早期的 LED 燈具并非十全十美。有些產(chǎn)品發(fā)出的光不夠柔和悅目，有些使用壽命沒(méi)有廣告上說(shuō)的那么長(zhǎng)，還有些調(diào)光效果不太好。不過(guò)，目前這已在很大程度上得到了改進(jìn)，因?yàn)闊艟咧圃焐毯碗娮赢a(chǎn)品供應(yīng)商為了達(dá)到能源之星 (EnergyStar) 標(biāo)準(zhǔn)，已解決了許多這樣的問(wèn)題。

那么，為什么 LED燈具還那么貴呢?和任何新技術(shù)一樣，初始成本往往很高，但隨著商品化程度的提升，成本就會(huì)迅速降低。白熾燈已經(jīng)存在了 100 多年，而照明級(jí) LED 問(wèn)世尚不足 10 年。雖然白熾燈和 LED 燈的外觀可能相似，但它們的內(nèi)部卻有很大的不同。白熾燈將燈絲通電產(chǎn)生光。燈絲是電阻性負(fù)載，加熱到白熾狀態(tài)即可產(chǎn)生可見(jiàn)光。當(dāng) P = I2R 時(shí)，增加或減少到燈絲的 RMS 電流就可以增加或減少亮度，從而形成了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的光源，該光源的亮度很容易通過(guò)簡(jiǎn)單的相位切換技術(shù)(如 TRIAC 調(diào)光器采用的技術(shù))進(jìn)行控制。

另一方面，LED 燈則是包含電子和機(jī)械零部件的一個(gè)復(fù)雜組合：LED、光擴(kuò)散板、散熱片和一個(gè)開(kāi)關(guān)模式的電源 (SMPS)，該電源可將 50Hz 至 60Hz 的交流電 (AC) 轉(zhuǎn)換成適合 LED 使用的恒定直流電 (DC)。無(wú)需多費(fèi)腦筋就能想到這會(huì)比白熾燈更貴 —— 而且貴得多。

當(dāng)前的挑戰(zhàn)是如何在不影響質(zhì)量的前提下降低 LED燈具的生產(chǎn)成本。LED 組件制造商正在盡自己的一份力量。每一代新型 LED 芯片的出現(xiàn)都使 LED 的發(fā)光效率有所提高。與此同時(shí)，LED芯片的價(jià)格卻在下降。更低的功耗即可發(fā)出同樣的光量，這意味著 LED 中被轉(zhuǎn)化成熱量浪費(fèi)掉的能量減少了。次要影響是，更高效的 LED 還可降低散熱要求，減小燈具內(nèi)熱管理所需的導(dǎo)熱材料體積。更少的材料意味著更少的成本。最后是 LED 燈具電子產(chǎn)品。而今，要把電源 AC 電流轉(zhuǎn)化為 LED 所需要的恒定 DC 電流，可用 SMPS 來(lái)實(shí)現(xiàn)。常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有反激式結(jié)構(gòu)和降壓式機(jī)構(gòu)。圖 2 展示了一個(gè)簡(jiǎn)化的降壓 SMPS�；�本元件包括：一個(gè)整流器、能量緩沖級(jí)器件、一個(gè)電感器、一個(gè) MOSFET 和一個(gè)由脈沖寬度調(diào)制器 (PWM) 組成的 IC。對(duì)于低功率級(jí)應(yīng)用，可將 PWM 和 MOSFET 組合成一個(gè)單一的 IC 封裝，以減小體積從而節(jié)省空間。為基于 LED 的燈具設(shè)計(jì)一個(gè)合適的 SMPS 要考慮的一些因素包括：功率因數(shù) (PF)、低總諧波失真 (THD)、低電磁干擾 (EMI) 和相位調(diào)光能力。

制作與傳統(tǒng)墻壁調(diào)光器兼容的 LED 燈具大大增加了復(fù)雜性。在 LED 燈具出現(xiàn)及被使用之前，很少有 SMPS 需要在比其額定 AC 電壓低10% 至 20% 以上的條件下工作。但在可調(diào) LED燈具中，SMPS 的工作電壓范圍則要從接近零電壓直到全電壓，并且要模仿傳統(tǒng)白熾燈所出現(xiàn)的亮度變化來(lái)工作。這些挑戰(zhàn)是許多應(yīng)用手冊(cè)、文章和會(huì)議論文的主題。但從根本上說(shuō)，該問(wèn)題可概括為如何用類(lèi)似電阻的電子元件解決方案取代電阻式燈絲。

高壓 LED 串的開(kāi)關(guān)控制型 AC 直接驅(qū)動(dòng)器很容易實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并且體現(xiàn)了一款新型高電壓開(kāi)關(guān)(適用于 LED 的 AC 直接驅(qū)動(dòng)器)背后的理念。德州儀器 (TI) 的 TPS92411 高壓開(kāi)關(guān)為 LED 加設(shè)旁路或串聯(lián) LED，以應(yīng)對(duì)整流后的 AC 在半個(gè)周期內(nèi)的上升或下降情況。它們與線路調(diào)制恒流線性穩(wěn)壓器并聯(lián)運(yùn)行，以產(chǎn)生近似正弦的輸入電流波形 —— 就像一個(gè)電阻器。當(dāng)AC 電流隨著線路電壓發(fā)生相位變化時(shí)，低 THD 和高 PF 都可得到確保。

在一個(gè)典型的實(shí)施方案中，開(kāi)關(guān)和 LED 段以二進(jìn)制方式運(yùn)行，隨 AC 電壓向上或向下計(jì)數(shù)。例如，一個(gè) 120VRMS 的應(yīng)用可包括 20V、40V、和 80V 的 LED 堆棧。LED 的總電壓和線路峰值之間的差是余量，該余量將由線性穩(wěn)壓器進(jìn)行管理。

當(dāng) AC 電壓為 0V 時(shí)，所有開(kāi)關(guān)都是關(guān)閉的，并提供電源和線性穩(wěn)壓器之間的直接連接。當(dāng) AC 電壓從 0V 增加至大約 20V 時(shí)，需要額外上升幾伏以保持線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定，20V 的開(kāi)關(guān)打開(kāi)。此時(shí) AC 電流流經(jīng) 20V 的 LED 串，同時(shí)為其儲(chǔ)能電容器充電。當(dāng) AC 線路電壓上升到 40V 加上線路余量時(shí)，LED 第一段上的開(kāi)關(guān)重新關(guān)閉，LED 第二段上的開(kāi)關(guān)打開(kāi)。像以前一樣，40V 的 LED 堆棧使 AC 電流得到應(yīng)用，其存儲(chǔ)電容器進(jìn)行充電。

不過(guò)，當(dāng)?shù)谝欢紊系拈_(kāi)關(guān)關(guān)閉后，LED 的電流仍會(huì)繼續(xù)從與其相關(guān)的存儲(chǔ)電容器流出。計(jì)數(shù)序列繼續(xù)，當(dāng) AC 線路達(dá)到峰值時(shí)，得出的二進(jìn)制最終結(jié)果是七 (111);隨后，計(jì)數(shù)結(jié)果在下個(gè)零交點(diǎn)處回落到零。壓擺率控制可保證每個(gè)開(kāi)關(guān)的關(guān)閉速度是其打開(kāi)速度的兩倍，以確保能與 TRIAC調(diào)光器一起正常工作。TPS92411 元件在低頻 (《1kHz) 時(shí)開(kāi)關(guān)，整個(gè)解決方案采用無(wú)磁性元件。EMI 濾波僅僅需要一個(gè)單一的電容器。系統(tǒng)效率取決于 LED 的累計(jì)值、所用 TPS92411 開(kāi)關(guān)的數(shù)量以及在最小和最大線路電壓時(shí)線性穩(wěn)壓器的余量。

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