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LED照明─节能的热门应用
由于有许多的照明装置都开始采用HBLED（高亮度发光二极管，high-brightness light-emitting diodes），因而使得它们成为世界上成长最快速的发光源。这些先进的组件目前具有介于35～50 lm / W范围内的发光效能。最初开发的标准组件所具备的发光效能甚至超过100 lm / W。
就趋势的发展上来看，LED的技术正朝向能够生产出具有比日光灯更高之发光效能的组件而持续地改进，最终的目标则是与高强度气体放电（HID）灯泡的输出相匹敌。HBLED已经超越了白热灯泡以及卤素灯泡的效能，并且具有更长的寿命、更高的可靠度、更小的尺寸、以及更优越的低温特性。此外，LED属于固态组件，不会包含有毒气体，也不需要灯丝。
设计工程师正持续的将HBLED使用在建筑用照明、道路照明、装饰用照明、招牌、以及高等级电视与屏幕的背光照明上。这些应用装置必须要从AC线路或是DC电压供应上获得稳定的DC电流。
International Rectifier的IRS 2540控制IC能够对非隔离型的应用装置提供恒定电流的来源。举例来说，像是已经具有低电压隔离电源供应或是以class –2固定装置将LED置放于无法存取的位置上，好比交通号志灯的状况一样。这样的安排方式与日光灯或是HID灯泡中，一般不会具有电流隔离的电子式安定器相仿。
对于输入电压比输出电压大的应用装置而言─像是大多数的招牌、装饰用以及建筑用照明等，降压转换器（Buck converter）是个相当适合采用的组件。典型的数组会使用串联方式连结的LED堆栈（stack），以确保所有的组件中都有等量的电流通过（图1）。以串联的方式加以连接可以使得在并联连接方式中用以维持等量电流所必须的电路得以省去。但是，当大型数组的正向电压在通过单一串联堆栈时，如果其会超过既有的顺应电压（compliance voltage）或是转换器的最大运作电压，那就得使用并联的连接方式。
最为常见的LED失效模式就是短路。当处于串联连结中的某一个LED失效时，其它的LED仍然可以持续正常的运作。然而在并联连结中的某个LED失效时，就会使其余的LED都无法继续运作。使用于串联式LED上的结合正向电压会随着温度以及LED的颜色而改变。正向电压在生产的时候也具有较大范围的容错值。
许多的应用装置都需要有将光线变暗的功能（dimming）。将主要色彩的LED予以结合之后，可以藉由调整每个颜色的强度来创造出光谱中的任意颜色，进而使得展示用照明、招牌、以及气氛用照明具有更多不同变化的可能性。以IRS 2540为基础的降压稳压器（buck regulator）系统，可以从单一逻辑位准的脉宽调变（PWM）控制信号上执行全范围的光线变暗功能。
低频率PWM信号能够找出处于爆发模式（burst mode）的转换器，藉此切换LED的平均电流，进而改变光线的强度（图2）。不同于电流的调变，PWM在进行光线变暗时不需要改变LED的颜色。PWM的频率已经足以避免肉 眼可视的闪烁现象。
HBLED让建筑师、设计者、以及生产厂商得以创造出前所未有的照明效果，并且可以设计适用于剧院、摄影棚、夜总会、餐厅、以及其它需要高度视觉效果的场所。像是DMX 512之类的数字场景控制与协议，提供了富有戏剧性以及动态性的照明展示方法。对于那些可以跟以微控制器为基础之光线调暗电路进行简单连结的应用装置而言，IRS 2540是相当适用的。
LED的照明光源也很自然的成为了风景以及户外使用的照明，这是因为相对于白热灯泡以及日光灯而言，LED具有较长的使用寿命以及较低的维护成本。湿气的入侵对于LED也会具有较低的伤害性。不同于传统的灯泡，LED不具有易碎成分，即便是很随便的处理也不会碎裂。当使用于室内应用照明架构时，具有弹性的数字控制系统能够产生出具有戏剧性的照明效果，而且可以在不需重新接线或是安装新系统的状况下进行变更。
高功率LED成新兴主流
照明设计师正在逐渐的改用高功率LED，这是因为其具有寿命长、耐用度佳、弹性化、体积小、以及省电等之特性。他们目前已经开始使用数年前才刚上市的较大型LED─1、3、以及5 W /package，必须要在高达1.5 A的电流下运作。IRS 2540将一组浮动的高端驱动器（high-side driver）整合于其中，因而可以使用能够持续监测LED电流的电流感测系统（图3）。其它的控制器则会被限制在只有当降压转换器开关开启时，才能对电流进行监测。这项特点使得IRS 2540能够实现平均电流的控制而非峰值电流的控制，同时也可以提供能够在较大的线以及负载范围上运作的固有稳定调节，而且在设计方面也不会有所限制。
此转换器IC能够藉由其具有专利的时间延迟磁滞控制（hysteretic-control）方法来对电流进行精确的调节。系统总体相当简单而且具有弹性，同时也能够从DC总线或是直接从经过整流的AC线对LED供应电源。当每个LED的正向电压具有很大的生产容错值时，电流的精确控制就会成为一项挑战。举例来说，由Lumiled所生产，相当受到欢迎的 Luxeon III发射体，其正向电压VF就会依循3.70 V的额定值，针对白、绿、或蓝在3.03 V～4.47 V之间变动，依据生产厂商的数据表而定。这个稍微不对称的容错值可以容许组件的正向电压在700 mA的状况下具有-18%, +20%的变动。VF也会以具有负值的-2mV / C温度系数为准，随着温度改变。在100C时，这是另一个0.15 V的电压变化。典型的多重LED连结串需要有媒介来对应较高的总线电压，因此会将这些变动放大。
IRS 2540可以使用简单的设计来达成精确的电流控制，这些简单的设计原本就具有稳定的特质，而且不需要进行复杂的电路分析。由于这个方法采用了连续电流（continuous-current）模式，因此在设计上必须要针对硬切换（hard switching）期间的压力进行限制。该芯片只需要藉由掌控其控制电路的延迟就能够达到这个要求。这种设计的峰值电流会远比在峰值电流控制模式拓朴下的峰值电流小得多。如此一来，LED转换器就可以使用较小而且较具有效率的金属氧化半导体场效晶体管（MOSFET）开关以及较小的电感器。
控制电路的延迟确实会在电感器中造成电流的涟波，但是与负载并联的输出电容器可以减少产生涟波的电流。输出电容器也可以藉由对电流的回馈增加延迟而使频率降低，因为减少了切换上的损耗，于是系统的效率就能够获得改善。在这样的设定当中，过载以及短路的保护是原本就已经具有的特性。要做到开路负载的保护以及PWM光线调暗功能也是很容易的。
两组不同的高电压LED转换器IC会分别以200 V（IRS 2540）以及600 V（IRS 2541）的正向电压驱动LED的连结串。这样的设计，在175 kHz的状况下可以将效能提升超过85％（图4）。转换器可以在PWM工作周期达到100％的情况下运作，而且不会有稳定度的顾虑存在，而如果是在以峰值电流控制的系统中则可能会有超过50％的不稳定状况发生。
LED应用潜力大
LCD电视、屏幕、笔记型计算机显示器、以及不同客制尺寸面板的生产厂商，目前都已经开始将冷阴极荧光灯管（CCFL）转换成具有多样优点的LED背光源。以LED为基础的背光系统能够将可重现色调的色盘扩展达45个百分比之多。相较于最好的CCFL亮源LCD电视，以LED为基础的系统已经可以重现NTSC色彩空间达到105 ％，而前者只能重现65％～75％。即便是阴极射线管（CRT）显示器也难以在色彩的重现与亮度上和以LED为基础的系统相匹敌。以LED为基础的系统也具有可以动态调节的潜力，藉此能够以更高的精确度使影像重现。
关于作者
Peter Green在位于加州El Segundo的 IR公司先进照明设计中心担任资深系统工程师。
由于有许多的照明装置都开始采用HBLED（高亮度发光二极管，high-brightness light-emitting diodes），因而使得它们成为世界上成长最快速的发光源。这些先进的组件目前具有介于35～50 lm / W范围内的发光效能。最初开发的标准组件所具备的发光效能甚至超过100 lm / W。
就趋势的发展上来看，LED的技术正朝向能够生产出具有比日光灯更高之发光效能的组件而持续地改进，最终的目标则是与高强度气体放电（HID）灯泡的输出相匹敌。HBLED已经超越了白热灯泡以及卤素灯泡的效能，并且具有更长的寿命、更高的可靠度、更小的尺寸、以及更优越的低温特性。此外，LED属于固态组件，不会包含有毒气体，也不需要灯丝。
设计工程师正持续的将HBLED使用在建筑用照明、道路照明、装饰用照明、招牌、以及高等级电视与屏幕的背光照明上。这些应用装置必须要从AC线路或是DC电压供应上获得稳定的DC电流。
International Rectifier的IRS 2540控制IC能够对非隔离型的应用装置提供恒定电流的来源。举例来说，像是已经具有低电压隔离电源供应或是以class –2固定装置将LED置放于无法存取的位置上，好比交通号志灯的状况一样。这样的安排方式与日光灯或是HID灯泡中，一般不会具有电流隔离的电子式安定器相仿。
对于输入电压比输出电压大的应用装置而言─像是大多数的招牌、装饰用以及建筑用照明等，降压转换器（Buck converter）是个相当适合采用的组件。典型的数组会使用串联方式连结的LED堆栈（stack），以确保所有的组件中都有等量的电流通过（图1）。以串联的方式加以连接可以使得在并联连接方式中用以维持等量电流所必须的电路得以省去。但是，当大型数组的正向电压在通过单一串联堆栈时，如果其会超过既有的顺应电压（compliance voltage）或是转换器的最大运作电压，那就得使用并联的连接方式。
最为常见的LED失效模式就是短路。当处于串联连结中的某一个LED失效时，其它的LED仍然可以持续正常的运作。然而在并联连结中的某个LED失效时，就会使其余的LED都无法继续运作。使用于串联式LED上的结合正向电压会随着温度以及LED的颜色而改变。正向电压在生产的时候也具有较大范围的容错值。
许多的应用装置都需要有将光线变暗的功能（dimming）。将主要色彩的LED予以结合之后，可以藉由调整每个颜色的强度来创造出光谱中的任意颜色，进而使得展示用照明、招牌、以及气氛用照明具有更多不同变化的可能性。以IRS 2540为基础的降压稳压器（buck regulator）系统，可以从单一逻辑位准的脉宽调变（PWM）控制信号上执行全范围的光线变暗功能。
低频率PWM信号能够找出处于爆发模式（burst mode）的转换器，藉此切换LED的平均电流，进而改变光线的强度（图2）。不同于电流的调变，PWM在进行光线变暗时不需要改变LED的颜色。PWM的频率已经足以避免肉 眼可视的闪烁现象。
HBLED让建筑师、设计者、以及生产厂商得以创造出前所未有的照明效果，并且可以设计适用于剧院、摄影棚、夜总会、餐厅、以及其它需要高度视觉效果的场所。像是DMX 512之类的数字场景控制与协议，提供了富有戏剧性以及动态性的照明展示方法。对于那些可以跟以微控制器为基础之光线调暗电路进行简单连结的应用装置而言，IRS 2540是相当适用的。
LED的照明光源也很自然的成为了风景以及户外使用的照明，这是因为相对于白热灯泡以及日光灯而言，LED具有较长的使用寿命以及较低的维护成本。湿气的入侵对于LED也会具有较低的伤害性。不同于传统的灯泡，LED不具有易碎成分，即便是很随便的处理也不会碎裂。当使用于室内应用照明架构时，具有弹性的数字控制系统能够产生出具有戏剧性的照明效果，而且可以在不需重新接线或是安装新系统的状况下进行变更。
高功率LED成新兴主流
照明设计师正在逐渐的改用高功率LED，这是因为其具有寿命长、耐用度佳、弹性化、体积小、以及省电等之特性。他们目前已经开始使用数年前才刚上市的较大型LED─1、3、以及5 W /package，必须要在高达1.5 A的电流下运作。IRS 2540将一组浮动的高端驱动器（high-side driver）整合于其中，因而可以使用能够持续监测LED电流的电流感测系统（图3）。其它的控制器则会被限制在只有当降压转换器开关开启时，才能对电流进行监测。这项特点使得IRS 2540能够实现平均电流的控制而非峰值电流的控制，同时也可以提供能够在较大的线以及负载范围上运作的固有稳定调节，而且在设计方面也不会有所限制。
此转换器IC能够藉由其具有专利的时间延迟磁滞控制（hysteretic-control）方法来对电流进行精确的调节。系统总体相当简单而且具有弹性，同时也能够从DC总线或是直接从经过整流的AC线对LED供应电源。当每个LED的正向电压具有很大的生产容错值时，电流的精确控制就会成为一项挑战。举例来说，由Lumiled所生产，相当受到欢迎的 Luxeon III发射体，其正向电压VF就会依循3.70 V的额定值，针对白、绿、或蓝在3.03 V～4.47 V之间变动，依据生产厂商的数据表而定。这个稍微不对称的容错值可以容许组件的正向电压在700 mA的状况下具有-18%, +20%的变动。VF也会以具有负值的-2mV / C温度系数为准，随着温度改变。在100C时，这是另一个0.15 V的电压变化。典型的多重LED连结串需要有媒介来对应较高的总线电压，因此会将这些变动放大。
IRS 2540可以使用简单的设计来达成精确的电流控制，这些简单的设计原本就具有稳定的特质，而且不需要进行复杂的电路分析。由于这个方法采用了连续电流（continuous-current）模式，因此在设计上必须要针对硬切换（hard switching）期间的压力进行限制。该芯片只需要藉由掌控其控制电路的延迟就能够达到这个要求。这种设计的峰值电流会远比在峰值电流控制模式拓朴下的峰值电流小得多。如此一来，LED转换器就可以使用较小而且较具有效率的金属氧化半导体场效晶体管（MOSFET）开关以及较小的电感器。
控制电路的延迟确实会在电感器中造成电流的涟波，但是与负载并联的输出电容器可以减少产生涟波的电流。输出电容器也可以藉由对电流的回馈增加延迟而使频率降低，因为减少了切换上的损耗，于是系统的效率就能够获得改善。在这样的设定当中，过载以及短路的保护是原本就已经具有的特性。要做到开路负载的保护以及PWM光线调暗功能也是很容易的。
两组不同的高电压LED转换器IC会分别以200 V（IRS 2540）以及600 V（IRS 2541）的正向电压驱动LED的连结串。这样的设计，在175 kHz的状况下可以将效能提升超过85％（图4）。转换器可以在PWM工作周期达到100％的情况下运作，而且不会有稳定度的顾虑存在，而如果是在以峰值电流控制的系统中则可能会有超过50％的不稳定状况发生。
LED应用潜力大
LCD电视、屏幕、笔记型计算机显示器、以及不同客制尺寸面板的生产厂商，目前都已经开始将冷阴极荧光灯管（CCFL）转换成具有多样优点的LED背光源。以LED为基础的背光系统能够将可重现色调的色盘扩展达45个百分比之多。相较于最好的CCFL亮源LCD电视，以LED为基础的系统已经可以重现NTSC色彩空间达到105 ％，而前者只能重现65％～75％。即便是阴极射线管（CRT）显示器也难以在色彩的重现与亮度上和以LED为基础的系统相匹敌。以LED为基础的系统也具有可以动态调节的潜力，藉此能够以更高的精确度使影像重现。
关于作者
Peter Green在位于加州El Segundo的 IR公司先进照明设计中心担任资深系统工程师。