- 設計高效高可靠LED燈具的五大對策
- 不使用雙極型功率器件
- 不選用耐壓600V的MOSFET
- 盡量不使用電解電容
- 盡量使用集成MOSFET
- 盡量使用單級架構電路
進入2011年，澳大利亞已經率先禁止使用白熾燈，這為LED燈具的大規模普及揭開了序幕，另外，隨著歐盟各國、日本、加拿大等國家將在2012年禁止使用白熾燈，LED燈具的照明普及率會進一步提升，這讓掘金綠色照明革命的中國數千家LED燈具廠商歡欣鼓舞――因為一個巨大的市場就要開啟，而這次唱主角的是中國廠商。不過，應當看到，LED燈具要普及，不但需要大幅度降低成本，更需要解決能效和可靠性的難題，如何解決這些難題，Power Integrations市場營銷副總裁Doug Bailey分享了高效高可靠LED燈具設計的五個忠告。
不使用雙極型功率器件
Doug Bailey指出由于雙極型功率器件比MOSFET便宜，一般是2美分左右一個，所以一些設計師為了降低LED驅動成本而使用雙極型功率器件，這樣會嚴重影響電路的可靠性，因為隨著LED驅動電路板溫度的提升，雙極型器件的有效工作范圍會迅速縮小，這樣會導致器件在溫度上升時故障從而影響LED燈具的可靠性，正確的做法是要選用MOSFET器件，MOSFET器件的使用壽命要遠遠長于雙極型器件。
不選用耐壓600V的MOSFET
耐壓600V的MOSFET比較便宜，很多認為LED燈具的輸入電壓一般是220V，所以耐壓600V足夠了，但是很多時候電路電壓會到340V，在有浪涌的時候，600V的MOSFET很容易被擊穿，從而影響了LED燈具的壽命，實際上選用600V MOSFET可能節省了一些成本但是付出的卻是整個電路板的代價，所以，“不要選用600V耐壓的MOSFET，最好選用耐壓超過700V的 MOSFET。”他強調。
盡量不使用電解電容
LED驅動電路中到底要不要使用電解電容？目前有支持者也有反對者，支持者認為如果可以將電路板溫度控制好，依次達成延長電解電容壽命的目的，例如選用105度壽命為8000小時的高溫電解電容，根據通行的電解電容壽命估算公式“溫度每降低10度，壽命增加一倍”，那么它在95度環境下工作壽命為 16000小時，在85度環境下工作壽命為32000小時，在75度環境下工作壽命為64000小時，假如實際工作溫度更低，那么壽命會更長！由此看來，只要選用高品質的電解電容對驅動電源的壽命是沒有什么影響的！
還有的支持者認為由無電解電容帶來的高紋波電流而導致的低頻閃爍會對某些人眼造成生理上的不適，幅度大的低頻紋波也會導致一些數碼像機設備出現差頻閃爍的亮暗柵格。所以，高品質光源燈具還是需要電解電容的。 不過反對者則認為電解電容會自然老化，另外，LED燈具的溫度極難控制，所以電解電容的壽命必然會減少，從而影響LED燈具的壽命。
對此，Doug Bailey認為，在LED驅動電路輸入部分可以考慮不用電解電容，實際上使用PI的LinkSwitch-PH就可以省去電解電容，PI的單級PFC/恒流設計可以讓設計師省去大容量電容，在輸出電路中，可以用高耐壓陶瓷電容來代替電解電容從而提升可靠性，“有的人在設計兩級電路的時候，在輸出采用了一個 400V的電解電容，這會嚴重影響電路的可靠性，建議采用單級電路用陶瓷電容就可以了。”他強調。“對于不太關注調光功能、高溫環境及需要高可靠性的工業應用來說，我強烈建議不采用電解電容進行設計。”
使用LinkSwitch-PL設計的5 W A19驅動電路方案
圖1: 使用LinkSwitch-PL設計的5 W A19驅動電路方案(RDK-251)
盡量使用集成MOSFET
如果設計的LED燈具功率不是很高，Doug建議使用集成了MOSFET的LED驅動器產品，因為這樣做的好處是集成MOSFET的導通電阻少，產生的熱量要比分立的少，另外，就是集成的MOSFET是控制器和FET在一起，一般都有過熱關斷功能，在MOSFET過熱時會自動關斷電路達到保護LED燈具的目的，這對LED燈具非常重要，因為LED燈具一般很小巧且難以進行空氣散熱。“有的時候會發生LED因過熱燃燒傷人的情況，但是我們的方案從來不會這樣的。”他表示。
盡量使用單級架構電路
Doug表示有些LED電路采用了兩級架構，即“PFC(功率因數校正)+隔離DC/DC變換器”的架構，這樣的設計會降低電路的效率。例如，如果 PFC的效率是95%，而DC/DC部分的效率是88%，則整個電路的效率會降低到83.6%！ “PI的LinkSwitch-PH器件同時將PFC/CC控制器、一個725 V MOSFET和MOSFET驅動器集成到單個封裝中，將驅動電路的效率提升到87%！” Doug指出，“這樣的器件可大大簡化電路板布局設計，最多能省去傳統隔離反激式設計中所用的25個元件！省去的元件包括高壓大容量電解電容和光耦器。”Doug表示LED兩級架構適用于必須使用第二個恒流驅動電路才能使PFC驅動LED恒流的舊式驅動器。這些設計已經過時，不再具有成本效益，因此在大多數情況下都最好采用單級設計。
Doug透露，PI公司在2010年按LED驅動器出貨量計算其市場份額占據全球第一！大量客戶的使用讓PI可以深刻理解LED的應用趨勢并可以不斷推出滿足客戶需求的新產品。展望未來，他表示2011年中國室內LED照明、LED日光燈和LED路燈等會有很好的應用。
使用PI LinkSwitch-PH設計的功率因數大于0.9的14W LED驅動電路方案
圖2. 使用PI LinkSwitch-PH設計的功率因數大于0.9的14W LED驅動電路方案
