LED照明應用的設計挑戰及解決方案
上傳人:安森美半導體 上傳時間: 2011-06-02 瀏覽次數: 198 |
全球重要的規范機構,如美國“能源之星”、美國80 PLUS、歐洲能效行為準則(COC)、歐盟EuP、日本Top Runner、中國標準化研究院等,針對這些關鍵應用發布更新、更多的高能效規范,讓電子產品能夠以更少的電能來執行相同的功能,提高電能使用的效率。
以多路輸出臺式機ATX電源為例,80 PLUS銀級規范、計算產業氣候拯救行動(CSCI)銀級規范自2009年7月開始生效,要求多路輸出臺式機ATX電源在額定輸出功率的20%、50%和 100%等條件下能效分別達到85%、88%及85%。后續的80 PLUS金級和CSCI金級規范將于2010年7月開始生效,進一步將能效要求提高到87%、90%和87%。
又如平板電視,隨著尺寸的增大,其能耗日益成為業界關注的問題。“能源之星”針對電視的4.0版規范將于2010年5月1日生效,這規范要求可視屏幕對角尺寸為32英寸、42英寸和60英寸的平板電視在工作模式的能耗分別不超過78 W、115 W和210 W,而后續將于2012年5月1日生效的5.0版規范則進一步要求這幾種尺寸平板電視工作能耗不超過55 W、81 W和108 W,參見表1。歐洲的EuP指令也有著類似要求。除了要求工作能耗降低,這些規范還要求降低待機能耗,因為數據顯示,可觀的電能是在待機模式下消耗的。 “能源之星”等能效規范當前對待機能耗的要求是不超過1 W,未來可能要求不超過0.3 W甚至是不超過0.1 W。
表1:“能源之星”4.0版及5.0版電視規范的工作能耗要求。
而在筆記本電腦等產品中廣泛使用的適配器/外部電源方面,“能源之星”的2.0版規范已于2008年11月1日開始生效。以“能源之星”的 2.0版外部電源規范為例,這規范要求輸出功率大于49 W的外部電源(典型產品如筆記本適配器)的工作能效從1.1版的84%提升至87%,待機(空載)能耗從不超過750 mW降低到不超過500 mW,而功率因數(PF)也要求不低于0.9。歐盟EuP生態設計指令2005/32/EC規范No 278/2009的第一階段和第二階段要求分別將自2010年4月及2011年4月開始生效,其中第一階段的要求是輸出功率大于51 W的外部電源工作能效不低于85%,空載能耗不超過500 mW,第二階段的空載能耗要求不變,但能效要求提開至87%。
除了這些應用,LED照明或稱固態照明(SSL)如今也是炙手可熱的應用,1.0版的“能源之星”SSL規范已自2008年10月1日生效,要求關態(off-state)能耗為零,最低能效要求根據應用的不同(如聚光燈、戶外燈等)而不同,功率因數要求方面,商業應用是不低于0.9,住宅應用是不低于0.7。
電源及LED照明應用設計挑戰
這些關鍵電源及LED照明應用為設計工程師帶來了挑戰,既需要增加能效密度,又要改善功率因數,并提高產品的可靠性。
具體而言,由于總能效要求及散熱限制,設計工程師必須致力提升能效,即便是在低功率應用(或輕載)時也是如此。此外,并不是只有在較高功率電平時才要求功率因數校正(PFC),相對較低的功率時也可能要求PFC。此外,這些應用中常常會面臨空間受限的問題,特別是在以LED照明替代傳統燈泡的應用中。總體可靠性也非常重要。輸入電源范圍也要更寬,支持277 Vac電壓。此外,還面臨一些特定照明要求,如三端雙向可控硅開關元件(TRIAC)調光等。
應對策略
要應對這些關鍵電源及LED照明應用的設計挑戰,需要采用更新的技術或優化的電源拓撲結構及方案。
以平板電視應用為例,為將能效提至最高,可將傳統采用的冷陰極熒光燈(CCFL)背光替換為新興的LED背光,如直下式背光或側光式背光,不僅有助于纖薄型電視設計,還幫助降低能耗,提升能效。如果維持采用目前性忦比仍然更高的CCFL背光,也可以采取不同的有效措施,如在提供同等光輸出的條件下減少燈數量及降低能耗,或采用新穎的逆變器驅動器方案,如液晶電視集成電源(LIPS),減少一個電源轉換段,提升能效并降低成本。
安森美半導體以領先產品及方案來支持高能效趨勢
安森美半導體身為首要的高性能、高能效硅方案供應商,提供電源管理及LED照明方案來節能,幫助客戶滿足并超越世界各地的電源規范標準(工作能效、待機能耗、低靜態電流及功率因數校正等),成本平價或比傳統方案更低。
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