用于普通照明的LED：它们在改造灯中提供什么及其设计

本教程讨论了发光二极管（LED）在通用照明应用中发挥的不断扩大的作用。它将 LED 性能与其他照明技术进行了比较。它还分析了设计改造现有照明系统的LED灯的主要挑战。

LED照明的作用不断扩大

发光二极管（LED）是一项快速发展的技术，正变得适用于许多通用照明应用，通常称为固态照明（SSL）。LED照明应用最相关的例子是商业、工业和住宅环境中的室内使用;户外应用，如路灯和停车灯;以及建筑和装饰照明，最初采用 LED，因为它们能够发出整个光谱的颜色。

一段时间以来，LED一直是建筑照明的有效解决方案。如今，LED正在渗透主流通用照明市场，这要归功于与其他照明技术相比，其性能更高：

它们比其他照明技术具有更长的使用寿命。LED可以工作50，000小时，而白炽灯为1，000至2，000小时，紧凑型荧光灯（CFL）约为5，000至10，000小时。这种显著更长的使用寿命使LED成为许多商业和工业照明应用的理想选择，在这些应用中，更换灯的劳动力成本很高。

它们的能效优于白炽灯和卤素灯，通常相当于荧光灯。此外，LED的功效也在不断提高;白光LED（WLED）的功效现在预计在未来三到四年内将提高约50%。

它们的外形小巧。LED 适合某些外形尺寸，如 MR16 和 GU10 灯，而 CFL 则不适合。

可以使用适当的驱动程序将它们调暗。当应用需要调光时，荧光灯会带来技术限制。尽管传统的LED设计也遇到了类似的问题，但Analog 的创新 LED 驱动器与可控硅和后沿调光器兼容。

它们可以提供聚焦光。与其他照明技术不同，LED更适合需要非常定向光的窄角反射灯等应用。

它们的功效在较低温度下得到改善。荧光灯的功效在较低温度下会降低。相比之下，LED非常适合冰箱照明等环境温度较低的应用。

改变其发射光的颜色非常容易。这使得RGB LED成为建筑和氛围照明等应用的理想选择，在这些应用中，灯光的颜色必须实时变化。

总之，与白炽灯、卤素灯和荧光灯相比，LED 具有许多优势。因此，设计师继续寻找LED照明的更多应用，但这种讨论可能会消耗我们很长时间。本次审查将仅关注两个但相当及时的应用：LED改装灯和遥控LED照明。

LED 改装灯用于替换同一插座中的白炽灯、卤素灯或荧光灯。这些 LED 灯必须适合现有外形尺寸，并与现有基础设施兼容。

用于遥控照明的 LED 在调光和改变灯光颜色方面具有更大的灵活性。LED灯本质上是数字系统，可以直接集成照明自动化的通信。使用无线或电力线通信 （PLC） 遥控器可降低功耗、降低运营和维护成本，并实现新的 LED 应用。

发光二极管改装灯

许多人会争辩说，LED改造灯市场是当今LED照明增长最快的应用。这种快速增长的原因其实很简单：这些灯不需要新的电气基础设施（即电缆、变压器、调光器和插座），这是 LED 技术的显着优势。

将LED灯安装到现有的基础设施中，主要在两个方面给设计人员带来挑战：

外形规格。改装灯必须适合先前光源的外形尺寸。

电气兼容性。改造灯必须正常工作，并且在现有电气基础设施中没有光闪烁。

我们将依次讨论每个挑战。

适合现有外形规格

现有的外形尺寸对改装灯施加了物理限制（即驱动板必须足够小）和热限制。这些限制给替换灯的设计带来了挑战（例如，PAR、R 和 A 外形尺寸），对于 MR16 和 GU10 等较小外形尺寸来说，这些挑战尤其难以克服。因此，Analog 为MR16840应用提供集成MOSFET （MAX16）的驱动器IC。

虽然尺寸对于改造很重要，但热限制通常更为关键。LED 仅发出可见光;它们不像其他技术那样以红外波长照射能量。因此，虽然LED比白炽灯或卤素灯更节能，但它们通过灯中的热传导散发更多的热量。

散热也是灯可以产生的光量的主要限制因素。如今的改造灯中的LED技术几乎无法达到主流市场可接受的亮度水平。突破亮度极限，从而突破热设计对于设计商业上成功的产品至关重要。

散热的一个必然问题是驱动板的使用寿命。为了发出更多的光，灯必须在相当高的温度（+80°C至+100°C）下工作。在这些温度下，驱动板的使用寿命会限制整个灯的运行。电解电容器是最大的挑战，因为它们是第一个在高温下失效的组件。

Analog 的 120V AC/230V AC 和 12V AC 驱动器解决方案为客户提供了不使用电解电容器的选项，前提是他们可以接受更高的 LED 纹波电流。如果客户决定使用电解电容器，模拟驱动器解决方案具有容错能力：电解电容器的劣化会导致LED纹波电流增加，但灯不会失效。

匹配电气基础设施

改造后的LED灯必须在包括切割角（三端双向可控硅或后缘）调光器和电子变压器在内的基础设施中正常工作。

在 120V AC/230V AC 线路上工作时，灯之前可以配备一个三端双向可控硅调光器。三端双向可控硅调光器设计用于与白炽灯和卤素灯配合使用，它们是完美的电阻负载。然而，对于LED改装灯，LED驱动器通常是一个非常非线性的，而不是纯粹的阻性负载;当交流输入电压处于正峰值和负峰值时，其输入桥式整流器通常会产生短暂的高强度电流峰值。这种 LED 行为不允许三端双向可控硅调光器正常工作，因为它既不提供所需的启动电流，也不提供保持电流。结果，调光器在操作时无法正常启动或关闭，并且LED灯闪烁。

对于12V AC输入灯来说，电气基础设施甚至更加复杂，因为电子变压器和后沿调光器可以连接到灯的输入端。同样，使用传统桥式整流器和DC-DC转换器拓扑的12V AC输入灯驱动器由于与变压器和调光器不兼容而闪烁。

Analog 的 120V AC/230V AC 和 12V AC 输入灯的 LED 解决方案使用单级转换。通过调整输入电流，使灯光即使在调暗时也不会闪烁，这些解决方案与三端双向可控硅和后沿调光器以及电子变压器兼容。MR16 灯没有其他解决方案提供此功能;很少有 PAR、R 和 A 灯的解决方案能提供这种解决方案。此外，这些解决方案提供优于0.9的功率因数校正，并且需要的外部元件数量非常有限。120V AC/230V AC输入方案采用MAX16841，12V AC方案采用MAX16840。

MR16 和离线灯的框图。

审核编辑：郭婷