利用先进测试技术应对LED 照明应用挑战
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今天，在绿色节能意识的推动下，节约能源已成为广大 电子产品设计人员和消费者的共识。而高亮度LED在光 输出、能效及成本方面的全面改善，以及具备小巧、低 压工作及环保等众多优势，使之应用范围也在不断拓宽。 未来，LED 照明在通用照明、景观照明、信号灯、广告 显示牌、汽车照明、LCD 背光显示等领域的增长前景尤 为可观，随之涌现了很多研发和制造企业以配套厂商。 但是广大开发者也面临着一些棘手的瓶颈问题。本文将 结合泰克公司的先进测试解决方案，谈谈如何应对LED 照明应用的挑战，帮助照明设计工程师选择合适的方案， 加快产品上市进程。 LED 照明应用的瓶颈 2009 年初，中国科技部推出“十城万盏”半导体照明应 用示范城市方案，由此引发了LED 热在中国的蔓延。有 数据显示，中国LED 产业在未来两年将达1500 亿元人 民币的规模。 发热(寿命)、成本和符合标准也是阻碍LED 照明应用的 三大难题。LED 的发热是一个无法回避的问题，因为理 论和实践已经证明，LED 的性能和寿命与LED 的pn 结 工作温度紧密相关，直接影响着其在照明领域的替代性。 过流、过压和过热都会显著降低LED 的发光性能，缩短 使用寿命。 目前，LED 的成本还很高，特别是前期投入较大，影响 了它向更广泛领域的拓展；目前在国内还没有明确的 LED 标准，如何进行测试也是一个需要解决的问题。因 此，在制定过温度保护方案之前，需要参照相应的标准 和实际应用，通过适当的测试解决方案来选择和/ 或确 定有源开关器件和相应电源电路的设计。 LED 测试的重点 无论是否具备保护功能，驱动LED的开关电源电路都是 保证系统安全可靠工作的第一道防线，也是提升LED照 明系统整体能效、降低总体成本、实现相应控制功能(如 |
调光)的关键。从LED驱动电路和保护电路等实际应用电 路的开发角度来说，克服LED 应用瓶颈离不开对各种电 性能精准、可靠和低成本的测试测量，尤其是开关电源 的电性能测试，重点在于电流测试。 在众多电性能当中，值得工程师们特别对待的是LED 电 流纹波，它关系到开关电源的成本和光通量的平衡折衷。 根据经验，结温每降低10℃，半导体的使用寿命就会延 长两倍。另外，作为工作电流函数的相对光输出(光通量) 与二极管电流密切相关，因此可以通过改变正向电流进 行调光。在电流较低时，若将二极管电流增加一倍，则 光输出也会增加一倍；但是在电流较高时，电流上升 100% 仅能使光输出量增加80%。LED 是由会产生较大 纹波电流的开关电源驱动的。实际上，开关电源的成本 在某种程度上是由所允许的电流大小决定的，纹波电流 越大，电源成本就越低，但光输出会因此受到影响。 此外，还要考虑测量开关电源设备的转换速率(di/dt、dv/ dt)、开关损耗测量和安全工作区(SOA)。这些指标关系 到开关电源的效率。晶体管开关电路在转换过程中消耗 的能量最大，常用的测量包括闭点损耗、开点损耗、功 率损耗、动态开点电阻、安全工作区(瞬时功率)等。 最后，对实现LED调光的开关电源还要进行调制分析。实 现LED 调光主要有两种方法：一是降低LED 的电流；二 是快速开关LED，通过电流波形的脉宽调制(PWM)进行 调光更为准确。 脉冲宽度调制(PWM)或电流占空比控制方案，如图1 所 示，相比之前的简单恒流源来说有许多优势。如需感觉 较高的亮度，可以在较低的平均功率水平上相应提高 LED 的峰值电流。因为亮度控制是由调节LED 电流的占 空比来控制的，平均电流和亮度可以被控制，而无需改 变电源电压。这样，设计人员可以着眼于优化电路的 DC-DC 变换器的效率。最后，因为峰值电流并未改变， LED 工作在相同的电流水平上(例如，白光LED 通常为 15-20mA)，其辐射的颜色也是恒定的。 |