LED驱动器使 LED 变得更智能：工业烟囱灯

与白炽灯、 紧凑型荧光灯 CFL 或卤素灯相比，发光二极管 (LED) 具有许多优势。回顾一下，这些优势包括更高的流明/瓦特、更长的使用寿命、对振动不敏感、即时开启、可调光、良好的显色性和非常灵活的整体灯形状。

就能效（总输出流明与输入功率比，lm/W）而言，不同的通用照明光源中，白炽灯的能效相对较低，标准60 W白炽灯能效范围介于10至13lm/W之间（总输出为600至800 lm），而CFL的典型能效达55至60 lm/W（由于光损耗，55lm/W的CFL灯具的净能效仅在28至50 lm/W之间）。其它的光源，如金属卤素HID灯能效约在80lm/W，但在灯光投射路径上会有大量的损耗。相比较而言，LED拥有着越来越高的能效，业界近期宣称的最强的白光LED研发能力达到了132至136lm/W，色温达（4，500-6，000K）。实际上，LED的低压、小体积、定向光、固态器件、长工作寿命等优势，对于通用照明特别具有吸引力。LED通用照明系统面临的要求及挑战对于LED在通用照明中的应用，需要从系统的角度来分析其要求。

总的来看，LED通用照明系统涉及到LED光源（紧凑高效，提供宽广范围的色彩和输出功率）、电源转换（将交流墙式插座、电池、太阳能电池的电源高效地转换至安全的低压直流电源）、控制和驱动（采用电子电路对LED进行稳压和控制）、热管理（结点温度控制非常重要，需要分析散热，从而实现更长的工作寿命）及光学器件等。要开发高能效的LED通用照明解决方案，这几方面的'要求都非常重要。其中，本文主要讨论LED的控制和驱动，同时也会在下文的太阳能供电街灯照明示例中结合讨论高效的电源转换问题。

对于LED驱动而言，它面临的主要挑战就在于LED的非线性。体现在LED的正向电压会随着电流和温度而变化，不同LED器件的正向电压会有差异，LED“色点”会随着电流和温度而漂移，而且LED必须在规范要求的范围内工作从而实现可靠工作。而LED驱动器的主要作用，就是在工作条件范围内限制电流，而无论输入条件和正向电压如何变化。对于LED驱动电路而言，除了进行恒流稳流，还面临着其它一些关键要求。例如，如果需要LED调光，通常采用的是脉宽调制（PWM）调光技术；而用于LED调光的典型PWM频率是1至3kHz.此外，LED驱动电路的功率处理能力必须充足，且功能强固，可以承受多种故障条件，并且要易于实现。

通用照明电源转换及LED驱动示例根据具体应用的不同，LED可能会采用不同的电源来供电，如交流线路、太阳能板、12V汽车电池、直流电源或低压交流系统，甚至是基于碱和镍的电池或锂离子电池等。采用宽输入范围的直流-直流（DC-DC）电源为LED供电许多高亮度LED应用工作在高至40 VDC范围的电源，如活动式照明、景观和照明、汽车和交通照明、太阳能供电照明，以及陈列柜照明等。以太阳能电池板供电为例，提高太阳能电池板的光电转换能效（目前仅为约30%）非常重要。太阳能电池板的电压-电流（V-I）特性曲线呈现非线性和可变性，要从中析取最大量的电能非常困难。这需要太阳能LED街灯的充电控制器及其它相关电子电路（一般采用微控制器来实现）尽可能地提高能效，从而发挥最大优势。

工厂中传统的烟囱灯、塔灯或指示灯过去每种颜色都有一个单独的灯（图 1）。这些灯可以很容易地更换为带有彩色外壳的白色 LED 或带有白色外壳的红色、琥珀色或绿色 LED。

图 1：工业烟囱灯

表 1 列出了工业信号灯的标准化颜色编码，以指示制造设备或过程的状态。

表1 ：国际上使用的 IEC 60073 颜色

在TI设计RGB LED信号塔工业自动化参考设计（TIDA-00979） ，我们可以表明一个聪明和非常灵活的方式你的工艺和制造设备。除了表 1 中显示的标准化颜色编码外，我们还可以随时定义任何其他颜色。此外，亮度控制、闪光灯或水平指示器很容易实现。

除了针对不同灯的通用开关控制之外，参考设计的控制方案还支持整个智能工厂的接口，例如 IO-Link 标准和无线控制。

该参考设计使用两种不同的印刷电路板 PCB：电源和控制 PCB（图 2）和 LED 控制 PCB（图 3）。LMZ35003 DC/DC 转换器模块的标称输入电压为 24V，为 LED 控制板上的三个串联 LED 生成（高效）所需的 12V。MSP430™ 控制器通过 SPI 设置 TLC5971 LED 驱动器的不同模式。这款 12 通道 LED 控制器可以独立设置 LED 电流（最大 60mA/通道）和亮度。

图 2：电源和控制板

图 3：LED 驱动器和红色/绿色/蓝色 LED

可以控制 1 到 5 个 LED 板，甚至可以使用更高功率的 DC/DC 转换器控制更多段。通过这种灵活的方法，我们可以实现许多不同的样式和颜色（图 4）。

图 4：有机玻璃后面的五个 LED 段显示主要颜色