设计高效高可靠LED灯具的五个忠告

21ic讯 进入2011年，澳大利亚已经率先禁止使用白炽灯，这为LED灯具的大规模普及揭开了序幕，另外，随着欧盟各国、日本、加拿大等国家将在2012年禁止使用白炽灯，LED灯具的照明普及率会进一步提升，这让掘金绿色照明革命的中国数千家LED灯具厂商欢欣鼓舞――因为一个巨大的市场就要开启，而这次唱主角的是中国厂商。不过，应当看到，LED灯具要普及，不但需要大幅度降低成本，更需要解决能效和可靠性的难题，如何解决这些难题，Power Integrations市场营销副总裁Doug Bailey分享了高效高可靠LED灯具设计的五个忠告。
一、 不要使用双极型功率器件
Doug Bailey指出由于双极型功率器件比MOSFET便宜，一般是2美分左右一个，所以一些设计师为了降低LED驱动成本而使用双极型功率器件，这样会严重影响电路的可靠性，因为随着LED驱动电路板温度的提升，双极型器件的有效工作范围会迅速缩小，这样会导致器件在温度上升时故障从而影响LED灯具的可靠性，正确的做法是要选用MOSFET器件，MOSFET器件的使用寿命要远远长于双极型器件。
二、 不要选用耐压600V的MOSFET
耐压600V的MOSFET比较便宜，很多认为LED灯具的输入电压一般是220V，所以耐压600V足够了，但是很多时候电路电压会到340V，在有浪涌的时候，600V的MOSFET很容易被击穿，从而影响了LED灯具的寿命，实际上选用600V MOSFET可能节省了一些成本但是付出的却是整个电路板的代价，所以，“不要选用600V耐压的MOSFET，最好选用耐压超过700V的MOSFET。”他强调。
三、 尽量不要使用电解电容
LED驱动电路中到底要不要使用电解电容？目前有支持者也有反对者，支持者认为如果可以将电路板温度控制好，依次达成延长电解电容寿命的目的，例如选用105度寿命为8000小时的高温电解电容，根据通行的电解电容寿命估算公式“温度每降低10度，寿命增加一倍”，那么它在95度环境下工作寿命为16000小时，在85度环境下工作寿命为32000小时，在75度环境下工作寿命为64000小时，假如实际工作温度更低，那么寿命会更长！由此看来，只要选用高品质的电解电容对驱动电源的寿命是没有什么影响的！
还有的支持者认为由无电解电容带来的高纹波电流而导致的低频闪烁会对某些人眼造成生理上的不适，幅度大的低频纹波也会导致一些数码像机设备出现差频闪烁的亮暗栅格。所以，高品质光源灯具还是需要电解电容的。 不过反对者则认为电解电容会自然老化，另外，LED灯具的温度极难控制，所以电解电容的寿命必然会减少，从而影响LED灯具的寿命。
对此，Doug Bailey认为，在LED驱动电路输入部分可以考虑不用电解电容，实际上使用PI的LinkSwitch-PH就可以省去电解电容，PI的单级PFC/恒流设计可以让设计师省去大容量电容，在输出电路中，可以用高耐压陶瓷电容来代替电解电容从而提升可靠性，“有的人在设计两级电路的时候，在输出采用了一个400V的电解电容，这会严重影响电路的可靠性，建议采用单级电路用陶瓷电容就可以了。”他强调。“对于不太关注调光功能、高温环境及需要高可靠性的工业应用来说，我强烈建议不采用电解电容进行设计。” 
 
图: 使用LinkSwitch-PL设计的5 W A19驱动电路方案(RDK-251)
四、 尽量使用集成MOSFET
如果设计的LED灯具功率不是很高，Doug建议使用集成了MOSFET的LED驱动器产品，因为这样做的好处是集成MOSFET的导通电阻少，产生的热量要比分立的少，另外，就是集成的MOSFET是控制器和FET在一起，一般都有过热关断功能，在MOSFET过热时会自动关断电路达到保护LED灯具的目的，这对LED灯具非常重要，因为LED灯具一般很小巧且难以进行空气散热。“有的时候会发生LED因过热燃烧伤人的情况，但是我们的方案从来不会这样的。”他表示。
五、 尽量使用单级架构电路
Doug表示有些LED电路采用了两级架构，即“PFC(功率因数校正)+隔离DC/DC变换器”的架构，这样的设计会降低电路的效率。例如，如果PFC的效率是95%，而DC/DC部分的效率是88%，则整个电路的效率会降低到83.6%！ “PI的LinkSwitch-PH器件同时将PFC/CC控制器、一个725 V MOSFET和MOSFET驱动器集成到单个封装中，将驱动电路的效率提升到87%！” Doug指出，“这样的器件可大大简化电路板布局设计，最多能省去传统隔离反激式设计中所用的25个元件！省去的元件包括高压大容量电解电容和光耦器。”Doug表示LED两级架构适用于必须使用第二个恒流驱动电路才能使PFC驱动LED恒流的旧式驱动器。这些设计已经过时，不再具有成本效益，因此在大多数情况下都最好采用单级设计。
Doug透露，PI公司在2010年按LED驱动器出货量计算其市场份额占据全球第一！大量客户的使用让PI可以深刻理解LED的应用趋势并可以不断推出满足客户需求的新产品。展望未来，他表示2011年中国室内LED照明、LED日光灯和LED路灯等会有很好的应用。
 
图2. 使用PI LinkSwitch-PH设计的功率因数大于0.9的14W LED驱动电路方案