低功率LED照明趋势
LED照明应用可分为三种基本输入功率范围： 低功率为小于或等于20瓦;中功率为20瓦至50瓦之间;高功率为高于50瓦。在现实世界中，应用场景不会总是很好地符合这三种规格。但在考虑 LED驱动器解决方案时，应以这些功率大小为基础。
本文讨论了≤20W的低功率应用，特别是球形灯泡的替换或改型、现有灯具的替代，以及新制造灯具。
根据Strategies Unlimited的最新LED年度报告，2013年照明领域LED的全球销售额为44亿美元，(LED全球市场： 2014年市场回顾和预测)。 按2013年到2018年27.5 %的年增长率预测，到2018年销售额有望达到149亿美元。巨大且不断增长的市场潜力要求LED驱动器提高效能(效能是每瓦流明数的比率)、降低成本和 延长工作寿命。
美国 能源部(DOE)预测高亮度LED的潜力会超越迄今的传统技术。图 1和图 2所示为能效提高的趋势。能效的分母为输入功率，而输入功率和将能量传递给LED灯串的效率与LED驱动器解决方案相关。单一驱动器拓扑结构在整个 LED 功率范围内不是最佳结构，但可以考虑以最少的拓扑来满足全部 LED 驱动器开发的需求。
LED驱动器的另一常见设计约束是成本。DOE的目前近似成本如图 3所示;驱动器占总制造成本的10%到20%。无论性能如何提高，总成本目标是最终用户接受LED照明解决方案的最大障碍。DOE的2011固态照明市场 讲座中建议的成本目标如图4所示，几乎是每四年减少50%。
工作寿命与LED驱动器本身的可靠性有关。影响可靠性的因素有元件数量、所用元件类型，以及LED驱动器中的温度或者散热情况。可靠性可使用部件计 数方法来计算，目标是减少驱动器中使用的元件。可靠性还受工作温度的影响;因此，减少与LED驱动器元件相关的功率损失以及拓扑控制方法与散热设计一样重 要。发展趋势是省去电解电容和光隔离器等元件，并将功能集成到半导体控制芯片中。
下面，我们将讨论LED驱动器标准和机构要求。
LED驱动器标准和机构要求
用于规范LED驱动器产品的标准和机构有许多，自愿和强制性方案都有。
表1为关于照明的几个机构的示例。
表1:全球机构规范范例
该列表应包括 FCC 要求 47 CFR的 第 15 部分，A 类和 B 类，谐波发射限值 ANSI C82.77-2002 或 IEC 61000-3-2，UL 8750 安全标准或 IEC 60650 第 1 部分，线路瞬态保护 IEEE C62.41.1991，A 类或 A 类可闻噪声。 LM-80： 用于确定 LED 及 LED 模块(而非光源)的流明维持率的指定程序。 LM79：用于测量发光效能的指定程序。 TM-21：用于确定期望使用寿命的指定方法。 最后，但并非最不重要的一点是，用于 LED 器件阵列或系统的NEMA SSL 1电子驱动器。
适用标准的清单较长，同时”能源之星”方案要求的审查突出了许多 LED 驱动器设计要求，如 表 2 所示。 所列项目都集中于 LED 驱动器，而不一定是灯泡或灯具。
表2：LED驱动器的具体标准和机构要求
阐明了标准和要求后，现在我们可以开始考虑驱动器设计事宜了。 下面我们将谈谈最常用LED灯具型号中的两种(MR11和MR16)的驱动器设计。
MR11/16 LED驱动设计
在当今低功率LED照明趋势的解决方案系列的第二部分中，我们列举了设计师需要参考的各种规范和行业标准，以便了解任何既定项目中关于LED驱动减少功耗、功率因数校正和低THD的设计限制。除了相关规范和标准，还需考虑很多其它可能影响设计的因素。包括：
●开发周期和设计复杂性
●效率和效能
●工作温度
●无闪烁和无闪光
●恒流输出容差
●供应商选择与整合
●驱动器的成本、可靠性和使用寿命
●保护功能—— 过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、过温保护(OTP)、短路LED、开路LED
●有限的印刷电路板 (PCB) 空间或体积(高度)限制
●找到满足输入和输出电压-电流参数、散热设计、安全法规和保护需求的电源拓扑
●调光及调光范围(切相调光器要求、调光比、浪涌电流限制、阻尼电路、泄放电路等)
MR11和MR16(MR表示“多面反射镜”外罩)灯泡通常是卤素灯，常见类型的额定值有20W、35W和50W。典型的现有卤素灯设计如图5所示。
图5：现有的传统卤素灯基本结构
输入电压可以是 DC 12V 或 24V 或直接插入到 120V 或 230V AC 电源。12V或24V电压也可来自简单变压器，后者接受电网AC电压并输出12V/24V AC输入至灯具插座。LED 替代产品需要恒流控制。4W led MR灯相当于20W卤素灯设计。某些型号具有调光特性，同时调光的目的是为增加可用性。
MR11/16 灯 LED 驱动设计挑战
MR11/16设计的最大难题在于缺乏灯架、灯泡形状、功率因数、总谐波失真要求的标准(能源之星要求在>5W时LED照明产品≥0.9，集成灯具≥0.7)，同时系统功效低。必须考虑灯的尺寸来设计LED驱动器的小巧空间，因为驱动器必须容纳在图6的灯具内。
图6：MR 灯的尺寸
有两种印刷电路板外观形状。图6所示产品是圆形的，以适应LED模组的背面形状。圆形直径应小于 30 毫米，较高的元件位于距中心接头 5 毫米范围内。图7所示产品是垂直的;必须小于30 x 20 666mm。
图7：MR 灯圆形印刷电路板设计
图8： MR 灯立式印刷电6路板设计
MR11/16飞兆半导体公司解决方案
合适的LED驱动器拓扑可以实现最佳成本解决方案。如果7输入电压为 12V 或 24V DC，可选择升压或降压拓扑结构作为 LED 驱动器 DC-DC 拓扑结构。如果 LED 8灯串的总正向电压高于整流输入电压，则使用升压拓扑结构。否则，使用降压拓扑结构。DC-DC 功率级效率较高。一般情况下，该功率可高达 90%。然而，镇流器变压器效率很差。镇流器变压器不是开关模式电源(SMPS)，而是将110V/220Vac转换为12V/24Vac的变压器。虽然 DC-DC 功率级效率高，但 AC-DC 变压器及 DC-DC 拓扑结构的系统总效率较低。
对于 MR LED 灯驱动器，需要解决系统效率低、功率因数校正和总体谐波失真要求，以适合有限的小型印刷电路板空间。目前使用 AC-DC 变压器加 DC-DC 拓扑结构的解决方案是当前已经安装的结构： 卤素灯插座和镇流器变压器。这可以节省安装投资成本，但会牺牲电力效率。这种基础设施将被更有效的结构所取代。制造商也开始将 AC-DC MR 灯推向市场。
