發布日期：2022-04-20 點擊率：26
與白熾燈、 緊湊型熒光燈 CFL 或鹵素燈相比，發光二極管 (LED) 具有許多優勢。回顧一下，這些優勢包括更高的流明/瓦特、更長的使用壽命、對振動不敏感、即時開啟、可調光、良好的顯色性和非常靈活的整體燈形狀。
就能效（總輸出流明與輸入功率比，lm/W）而言，不同的通用照明光源中，白熾燈的能效相對較低，標準60 W白熾燈能效范圍介于10至13lm/W之間（總輸出為600至800 lm），而CFL的典型能效達55至60 lm/W（由于光損耗，55lm/W的CFL燈具的凈能效僅在28至50 lm/W之間）。其它的光源，如金屬鹵素HID燈能效約在80lm/W，但在燈光投射路徑上會有大量的損耗。相比較而言，LED擁有著越來越高的能效，業界近期宣稱的最強的白光LED研發能力達到了132至136lm/W，色溫達（4，500-6，000K）。實際上，LED的低壓、小體積、定向光、固態器件、長工作壽命等優勢，對于通用照明特別具有吸引力。LED通用照明系統面臨的要求及挑戰對于LED在通用照明中的應用，需要從系統的角度來分析其要求。
總的來看，LED通用照明系統涉及到LED光源（緊湊高效，提供寬廣范圍的色彩和輸出功率）、電源轉換（將交流墻式插座、電池、太陽能電池的電源高效地轉換至安全的低壓直流電源）、控制和驅動（采用電子電路對LED進行穩壓和控制）、熱管理（結點溫度控制非常重要，需要分析散熱，從而實現更長的工作壽命）及光學器件等。要開發高能效的LED通用照明解決方案，這幾方面的'要求都非常重要。其中，本文主要討論LED的控制和驅動，同時也會在下文的太陽能供電街燈照明示例中結合討論高效的電源轉換問題。
對于LED驅動而言，它面臨的主要挑戰就在于LED的非線性。體現在LED的正向電壓會隨著電流和溫度而變化，不同LED器件的正向電壓會有差異，LED“色點”會隨著電流和溫度而漂移，而且LED必須在規范要求的范圍內工作從而實現可靠工作。而LED驅動器的主要作用，就是在工作條件范圍內限制電流，而無論輸入條件和正向電壓如何變化。對于LED驅動電路而言，除了進行恒流穩流，還面臨著其它一些關鍵要求。例如，如果需要LED調光，通常采用的是脈寬調制（PWM）調光技術；而用于LED調光的典型PWM頻率是1至3kHz.此外，LED驅動電路的功率處理能力必須充足，且功能強固，可以承受多種故障條件，并且要易于實現。
通用照明電源轉換及LED驅動示例根據具體應用的不同，LED可能會采用不同的電源來供電，如交流線路、太陽能板、12V汽車電池、直流電源或低壓交流系統，甚至是基于堿和鎳的電池或鋰離子電池等。采用寬輸入范圍的直流-直流（DC-DC）電源為LED供電許多高亮度LED應用工作在高至40 VDC范圍的電源，如活動式照明、景觀和照明、汽車和交通照明、太陽能供電照明，以及陳列柜照明等。以太陽能電池板供電為例，提高太陽能電池板的光電轉換能效（目前僅為約30%）非常重要。太陽能電池板的電壓-電流（V-I）特性曲線呈現非線性和可變性，要從中析取最大量的電能非常困難。這需要太陽能LED街燈的充電控制器及其它相關電子電路（一般采用微控制器來實現）盡可能地提高能效，從而發揮最大優勢。
工廠中傳統的煙囪燈、塔燈或指示燈過去每種顏色都有一個單獨的燈（圖 1）。這些燈可以很容易地更換為帶有彩色外殼的白色 LED 或帶有白色外殼的紅色、琥珀色或綠色 LED。
圖 1：工業煙囪燈
表 1 列出了工業信號燈的標準化顏色編碼，以指示制造設備或過程的狀態。
表1 ：國際上使用的 IEC 60073 顏色
在TI設計RGB LED信號塔工業自動化參考設計（TIDA-00979） ，我們可以表明一個聰明和非常靈活的方式你的工藝和制造設備。除了表 1 中顯示的標準化顏色編碼外，我們還可以隨時定義任何其他顏色。此外，亮度控制、閃光燈或水平指示器很容易實現。
除了針對不同燈的通用開關控制之外，參考設計的控制方案還支持整個智能工廠的接口，例如 IO-link 標準和無線控制。
該參考設計使用兩種不同的印刷電路板 PCB：電源和控制 PCB（圖 2）和 LED 控制 PCB（圖 3）。LMZ35003 DC/DC 轉換器模塊的標稱輸入電壓為 24V，為 LED 控制板上的三個串聯 LED 生成（高效）所需的 12V。MSP430? 控制器通過 SPI 設置 TLC5971 LED 驅動器的不同模式。這款 12 通道 LED 控制器可以獨立設置 LED 電流（最大 60mA/通道）和亮度。
圖 2：電源和控制板
圖 3：LED 驅動器和紅色/綠色/藍色 LED
可以控制 1 到 5 個 LED 板，甚至可以使用更高功率的 DC/DC 轉換器控制更多段。通過這種靈活的方法，我們可以實現許多不同的樣式和顏色（圖 4）。
圖 4：有機玻璃后面的五個 LED 段顯示主要顏色
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