通过学习镇流器电阻器基础知识来提高LED照明性能

 镇流电阻之类的小型组件如果适当指定并且LED偏向*佳工作状态,则可能会对SSL设计产生重大影响。

指定电阻器似乎很容易,但是对于许多用途而言,必须理解应用程序要求的各个方面。在大功率LED照明等新兴市场中尤其如此。

对LED和SSL设计的文章和公告感兴趣?

本文将研究LED的工作方式以及如何正确偏置LED以实现*佳照明性能。本文还将探讨LED的工作特性,以找到照明装置的*佳拓扑,以及如何串联驱动LED更有效率。这将显示出温度稳定性在*大化输出,保持色彩规则,增强可靠性和延长使用寿命方面的重要性。

对基于LED的固态照明(SSL)偏置背后的原理的理解将表明,镇流电阻将负责消耗几瓦特的功率。要执行此任务,需要一个可能需要散热的贴片电阻器,即所谓的大功率贴片电阻。此要求使设计复杂化,但对于LED的*佳操作是必需的。

重要的是要在理论实例的基础上展示实际的解决方案。对于这些实际示例,本文将使用电阻器制造商和供应商Riedon的电阻器。突出显示的主要范围是UT系列线绕电阻,其功耗可高达13W,而PF功率膜范围,其功耗可高达20W。对于需要散热的应用或表面安装,还将提供其他选择。

通过学习镇流器电阻器基础知识来提高LED照明性能

LED的工作和偏置

LED是一种半导体,其工作原理与任何其他类型的二极管类似,不同之处在于,当在pn结两端施加电流时,会发出光。为了使LED发光,直流电源必须在LED结上提供正向偏置电压。

专为照明应用而设计的LED通常在3V左右的电压下工作。随着电压的升高,LED会吸收更高的电流。但是,此较高的电流并不等于等量的附加光,因为该电流与光通量的关系(光测量)也是非线性的。

为了有效地获取更多的光,需要添加更多的LED,而不是更多的电流。考虑到这些要求,应限制流过LED的电流,以保持LED*佳工作。传统的方法(简单)是通过欧姆定律并串联使用电阻,如图2所示。

IF =(VDC – VF)/ R

其中IF =正向电流,VDC =电源电压,VF =正向电压,R =镇流电阻。

LED可以通过整流器转换并平滑的电源电压直接操作,但是电源电压值将比LED偏置电压所需的电压值高很多倍。与LED中有效使用的镇流器相比,镇流器电阻会浪费大量的功率。LED可以串联连接,这将产生许多独立的电压降。这使电路效率更高,但终,镇流电阻会浪费大量的总电路功率。

*大化电路效率的一种方法是使用电源,该电源的输出专门设计用于为LED供电。这些电源采用干线交流输入,并输出直流信号,该信号可以驱动单个LED,或者更常见的是可以驱动高达60V电压的一串LED。即使我们看作为直接替代白炽灯泡的“ 60W” LED配件,其原理也是一样的。这些配件具有集成的驱动器电路,该电路采用交流电源,并转换为直流以为LED供电。此技术还有助于连接并联的LED或灯串。这些并联电路中的每一个都将需要自己串联的镇流电阻器来调节电流。

选择正确的镇流电阻器在运行偏置电路编号和LED特性之后,可以通过几个简单的计算来选择镇流电阻器。如果电路中有六个串联的LED串,每个LED的正向电压要求为3V,而我们的电源为24 VDC,则镇流电阻的压降为6V。如果正向电流为350 mA,则电阻值可计算为:

R =(VDC – 6×VF)/ IF =(24 – 6×3)/ 0.35 =17.1Ω

电阻消耗的功率:

P = V×I = 6×0.35 = 2.1瓦

到现在为止还挺好。现在,我们有了满足电路需求所需的基本规格。但是,在实际选择物理设备之前,深入了解一下我们的假设是否每次都成立是有帮助的。当20V就足够并且浪费更少的功率时,为什么电路需要24V输出?这可能只是由于公差。在实际操作中,电源的输出容差为±5%。尽管LED的特性可能会影响电路,但大多数变化将在于电阻两端的压降。在上面的示例中,容差可能导致电源电压增加1.2V,电流增加50mA至400mA,这对于电路来说并不难。如果我们使用20V电源,则电压可能会升高到1V,

其他可能影响汲取电流的事件是电阻或LED值的变化。在设计整个电路时,必须考虑到简单电路的每个元件都可以改变其值的事实。如果消耗不成比例的电流,则可能导致LED结中的温度升高。如本文前面所述,多余的电流不会有效地转换为光,而较高的温度会降低LED的可靠性以及其使用寿命。

不仅会影响LED的使用寿命,还会影响LED的使用寿命。电流和温度的变化也会影响光输出的色度或色调,这对于照明电路可能更为重要。

许多LED照明电路都需要调光,这可以通过改变驱动电流来实现,但这在输出色度变化方面也存在相同的缺点。更常见的是,在偏置电流上使用脉宽调制(PWM)进行调光。LED使用矩形波形驱动,该矩形波形以太高的频率(人眼无法看到)打开和关闭(100 kHz或更高)。这种调光方式还可以节省功率。当周期高时,LED被馈入标称电流,而当周期低时,仅消耗很少的功率。如果电路要使用PWM进行调光,则镇流电阻必须是无功的。

用于LED镇流器的电阻器

在设计电路时,LED的正向电流额定值是重要的特性。传统上,常使用350mA的LED,尽管近700mA,1A和1.5A的正向电流LED变得越来越流行。在本文前面的示例中,证明了一个耗散略高于2W的电阻就足够了。具有更高正向电流额定值的LED将需要一个额定值为10W的电阻。

可以用于镇流器的一种电阻器是常见的轴向绕线电阻器。这种类型的电阻器具有不错的功率能力,低容差,低TCR(电阻温度系数),并且能够在较宽的温度范围内正常工作。Riedon的线绕电阻器的UT系列是此类设备的一个很好的例子。该范围内的设备可以处理高达13W的功率,并在很低的TCR的很宽的温度范围内(-55oC至+ 250oC)工作。如果电路使用的LED要求更高的功耗,或者保持温度稳定很重要,那么Riedon的铝制线绕功率电阻器UAL系列的额定功率应超过50W。

线绕电阻器的电感可能会比某些PWM电路可接受的电感大,但近来通常使用无感绕组技术。PWM应用的另一个潜在选择是薄膜电阻器。例如,Riedon的PF系列具有低电感电阻,这些电阻具有不同的封装类型,可满足各种电源需求。TO-126封装的*大功率为20W,TO-220封装的*大功率为50W。如果需要贴片电阻器,则PFS系列可以处理35W。

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