Выберите город: (812) 313-34-40


Микросхемы компании iWatt для LED драйверов.

 

Оптимизация срока службы ламп на основе светодиодов.

Замена лам накаливания на твердотельные источники света установлена законодательно крупнейшими странами мира. Светодиодное освещение имеет значительные преимущества над альтернативными световыми технологиями. Например, по таким параметрам как светоотдача (люмен/ватт) и соотношение цена/люмен. Также одним из главных плюсов светодиодного освещения является большой срок службы ламп. Так традиционные лампы накаливания имеют срок службы около 1000 часов, а светодиодные лампы обещают срок службы до 50000 часов. Причём потребление энергии у светодиодных ламп в пять раз меньше (при эквивалентном выходном световом потоке). Но без правильного подхода к разработке светодиодных ламп реально достичь срока службы в 50000 часов невозможно.

Всеобщее признание LED технологии как экономически эффективной для замены традиционных ламп накаливания, бросает серьёзный вызов разработчикам LED ламп. Ошибки инженеров могут привести к уменьшению срока службы ламп на основе светодиодов. Сложность, надёжность цепей управления светодиодами и сами по себе светодиоды - это темы, на которые нужно обратить особое внимание для достижения максимального срока службы LED ламп.

Надёжность технологии твердотельных источников света в сравнении с лампами накаливания и с галогеновыми лампами - это ключевое свойство, которое привлекает потребителей ламп. Однако светодиоды требуют постоянного тока для правильной работы. Поэтому необходимо сложное управление электрической цепью, преобразующей стандартное переменное напряжение сети до требуемых для светодиодов номиналов токов.

LED лампы должны быть совместимыми с существующим электрическим оборудованием потребителей (люстры, бра и пр.). Поэтому цепи управления светодиодами должны быть интегрированы в саму лампу, что увеличивает вероятность быстрого выхода из строя лампы. Интеграция цепей управления внутри лампы делает LED лампы менее надежными, что приводит к ранним отказам и уменьшению такого параметра как средняя наработка до первого отказа (MTTF mean time to failure). Параметр MTTF  рассчитывается на основе числа компонентов и типе компонентов, используя параметр интенсивность отказов FIT каждого компонента в цепи ( FIT failures in time 1 milliard hours - число отказов за 1 млрд часов работы). Так как цепи управления светодиодов преобразуют высокое переменное напряжение AC (220Вольт) в низкое постоянное напряжение DC, то для безопасности требуется электрическая изоляция. В электрически изолированных АС/DC преобразователях (гальванически развязанных от сети) обратная связь со второго каскада на первый обеспечивается через оптоизолятор (или оптопару), дискретный компонент, который преобразует электрический сигнал  в свет, посылает этот сигнал через изолированный барьер и преобразует его обратно в электрический сигнал.

 


Рисунок 1. Типовая схема изолированного LED драйвера.

Так как оптоизолятор имеет высокий коэффициент отказов FIT в сравнении с полупроводниковыми компонентами, то в итоге уменьшается коэффициент MTTF всей электрической цепи. К тому же у оптоизолятора со временем снижаются передаточные характеристики тока, происходит температурное старение, что приводит к ухудшению стабильности схемы источника питания, в итоге сокращается срок службы цепей управления LED. Также стоит заметить, что LED лампы и светильники могут работать при повышенной температуре печатной платы. Все эти «тонкие» места  должны быть устранены для достижения желаемого длительного времени службы LED ламп.

 


Рисунок 2. Запатентованная iWatt технология цифрового контроля первичного каскада LED драйвера PrimAccurateTM.

 

На рисунке 2 показана запатентованная iWatt технология цифрового контроля первичного каскада LED драйвера PrimAccurateTM, которая позволяет определять ток в светодиодах, используя анализ формы волны в первичной обмотке трансформатора в реальном времени. Отпадает необходимость прямой обратной связи, поддерживается регулировка точного постоянного тока через светодиоды. Очень важное преимущество технологии PrimAccurateTM - это внутренняя компенсационная петля обратной связи, упрощающая разработку источника питания и уменьшающая число внешних компонентов обвязки. С уменьшением числа внешних компонентов и удалением опторазвязки (компонента с наивысшим коэффициентом отказов FIT), надежность источника питания светодиодов увеличивается, увеличивается общая надежность конечного изделия - светодиодной лампы.

Одинаково важный вопрос срока службы LED лампы - это ожидаемое время службы самого светодиода. Как и у других полупроводниковых компонентов, чем выше рабочая температура p-n перехода светодиода, тем ниже ожидаемый срок службы устройства. Один из методов обеспечить долгий срок службы - это уменьшить ток светодиода и просто использовать больше светодиодов для генерации определённого светового потока. В результате уменьшится тепловая генерация в светодиоде, следовательно, понизится температура p-n перехода. Этот подход поможет увеличить срок службы лампы, но сильно повысит стоимость, за счёт увеличения числа используемых светодиодов.

Второй метод - это оптимизировать максимальный ток светодиода, тем самым установить желаемую максимальную температуру p-n перехода. Цифровые контроллеры iWatt  для управления светодиодами снабжены двухкаскадной схемой защиты, которая позволяет разработчику программировать максимальную температуру светодиодов, используя всего один внешний компонент - резистор с отрицательным температурным коэффициентом NTC (negative temperature coefficient).

NTC резистор может быть размещён физически близко к кластеру светодиодов, и может измерять их температуру. NTC резистор подключается к микросхеме LED драйвера iWatt, которая использует показания температуры для защиты светодиодов. В случае, если температура достигает максимального запрограммированного порога, контроллер уменьшает ток светодиодов на 10%, пока температура не стабилизируется. Если температура светодиодов падает, то ток через светодиоды пошагово повышается по 10% до максимального запрограммированного значения температуры (используется гистерезис для предотвращения осцилляций). Также имеется режим безопасного сбоя, где ток, протекающий через светодиоды, уменьшается до 1% от запрограммированного уровня. Температурная защита даёт гибкость в разработке LED ламп и позволяет быть уверенным в полной защите ламп в экстремальных рабочих условиях.

Светодиоды достигли такой точки в своём эволюционном развитии, когда стоимость и выходной поток света стали сравнимы с конкурирующими решениями. И сейчас светодиодные лампы получили реальный шанс к замене традиционных ламп накаливания в домах людей.  Ключевым моментом в успехе светодиодной технологии стала реализация схемы управления (драйвера).

 


 

Устранение влияния мерцания светодиодных лам на здоровье человека.

Уже практически никто не сомневается, что светодиодные лампы станут такими же повсеместными как лампы накаливания. Законодательство большинства стран мира ускоряет уход от ламп накаливания и переход к люминесцентным и светодиодным лампам. Быстрое усовершенствование LED технологии делает её  всё более распространённой. Такие параметры как люмен/ватт, световой поток - увеличиваются, а параметр стоимость/ватт - уменьшается. Поэтому привлекательность LED светильников растёт экспоненциально. Однако имеются проблемы с влиянием мерцания большинства LED ламп на здоровье людей.

В LED технологию вкладываются огромные инвестиции. Сами по себе мощные светодиоды находятся под пристальным вниманием разработчиков, а вот LED драйвер (электронное устройство питающее светодиод) часто упускают из вида. А LED драйвер - это внешняя электрическая цепь, которая контролирует яркость светодиода, и в большинстве случаев эта цепь ответственна за качество света и за срок службы LED лампы.

Большинство LED драйверов выдают низкочастотное мерцание с частотой в два раза больше частоты тока в сети. Частота тока в российских сетях 50 герц, значит на выходе драйвера будет 100 герц. Принято считать если мерцание не заметно, то это приемлемо. Однако существует связь с невидимыми мерцаниями света и здоровьем человека. Хотя мерцания на этой частоте не воспринимаются невооружённым глазом, имеются доказательства, что человеческий мозг может воспринимать мерцания частотой до 200 герц. И тут могут возникнуть следующие проблемы: головная боль, напряжение глаз, ухудшение восприятия, и даже эпилептический припадок.

LED лампы часто разрабатывают под уже существующее оборудование, которое имеет встроенные диммеры. Существуют десятки видов диммеров, которые были установлены для регулировки света ламп накаливания. Диммеры представляют собой ещё один вызов для LED драйверов, как дополнительный источник мерцаний. Эксперименты в институте IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) продемонстрировали мерцания в LED лампах продаваемых в магазинах. Мерцания присутствовали в частотном диапазоне чувствительном для людей склонных к эпилепсии. Так как потребители не намереваются менять установленные у них диммеры, то эта проблема ложится на производителей LED ламп.

Также как и CD диски со своей цифровой технологией вытеснили 25 лет назад виниловые диски и аудиокассеты, так сегодня компания iWatt произвела революцию в области LED освещения. Совершенная цифровая технология LED драйверов iWatt устранила мерцания в светодиодных лампах, так же как и CD диски оставили в прошлом шумы, царапины и другие изъяны аналоговой технологии. LED драйвера iWatt, построенные по двухкаскадной схеме управления, в соответствии с запатентованной адаптивной цифровой технологией контроля полностью устраняют мерцания в любых условиях работы LEDлампы, и при этом поддерживает низкую стоимость и миниатюрный размер LED лампы.

В большинстве обычных источников питания, силовая микросхема обеспечивает фиксированное выходное напряжение или ток. Типично в таких приложениях решается проблема линейности. LED освещение, особенно в сочетании с разнообразными диммерами, представляет серьезный вызов, который далек от простой проблемы линейности. Фактически, различные диммеры имеют очень разные характеристики и большинство существующих LED ламп очень плохо с ними работают. Например, может быть ограничен диапазон диммирования, могут наблюдаться видимые мерцания при низких яркостях лампы, или же LED лампа может не работать с диммером вовсе.

iWatt специализируется в новых, инновационных решениях, которые предоставляются цифровой технологией. Проблема нелинейных характеристик диммеров идеально решается гибкой, перестраиваемой  цифровой технологией. iWatt использует алгоритм, который распознаёт рабочие характеристики диммеров и производит цифровую фильтрацию тока светодиода, чтобы исключить выбросы приводящие к мерцаниям. iWatt различает все популярные диммеры представленные на рынке, в результате происходит качественное диммирование без низкочастотных мерцаний.

 

Удаление мерцаний от LED ламп из семейных видеоархивов.

Более 50 лет семьи записывают памятные моменты своей жизни на видео, начиная с 8 мм камер до цифровых камер высокой чёткости с записью на встроенную Flash память. Наибольшей сложностью было поймать в кадр детей, когда они делали что-то интересное. Но с приходом альтернативных источников света появилась новая проблема. Новые LED лампы, питающиеся от сети переменного тока, могут стать причиной мерцаний, когда просматривается записанное видео. Хорошо разработанные LED драйвера ламп не создают мерцаний и гарантируют, что вы снимите качественный видеоматериал.

Ранее LED освещение применялось в основном в декоративных целях, когда световые ленты украшали дома или полки в магазинах. Сейчас же LED лампы достигли такой точки развития, что стали заменять лампы накаливания и начинают уверенно проникать в дома людей. Эти новые LED лампы должны работать с существующими переключателями света и диммерами, т.е. они должны напрямую заменять лампы накаливания без какой-либо модификации существующей инфраструктуры.

Большинство изолированных LED драйверов используют преобразование переменного напряжения сети в постоянное пониженное напряжение и ток, которые несут в себе низкочастотную составляющую в два раза больше стандартной частоты сети. Низкочастотная составляющая  тока светодиода приводит к мерцанию светодиода. Пульсации выше 70 герц могут быть незаметны для невооруженного глаза. Но когда записанное видео отображается на экране телевизора, который имеет частоту обновления схожую с частотой мерцания LED лампы, происходит искажение картинки и просмотр становится затруднённым или же вовсе невозможным. Это конечно же может сильно испортить настроение семьи снявшей видео для архива.

Большинство цифровых видео технологий используют черезстрочную развертку вывода сигнала на телевизор. В устаревающих электронно-лучевых мониторах исторически частота развертки  составляет 50- 60 Герц. Эта частота будет восприниматься глазами, если смотреть на высококонтрастную картинку, например белый текст на черном фоне. Такой текс будет выглядеть нечетким, без резкости, и даже может казаться «танцующим» на частотах 50-60 Герц.

В современных телевизорах производители стали чаще использовать частоту развертки 100/120 Герц, чтобы улучшить стабильность картинки. Большинство телевизоров высокой четкости используют частоту 100 Герц, а некоторые  модели - даже до 600 Герц.

Пока мы обвиняем телевизоры в этих бедах, современные видео камеры также вносят свою лепту в «порчу» снятого видео. Большинство камер используют высокоскоростные затворы, которые также работают на частотах 100-120 Герц и начинают «бить» картинку из-за мерцаний LED ламп. Камера захватывает картинку с мерцанием и это видно на финальном видеоматериале. И даже если телевизор имеет достаточно высокую частоту развертки, то мерцание всё равно будет заметно на видео. Конечно, мерцания могут быть уменьшены в видеокамере регулировкой скорости затвора, но их не удалить без использования профессиональных откалиброванных камер, стоимость которых очень высока для семейного бюджета.

Как было сказано выше, решения для LED драйверов, питающихся от сети переменного тока 220 Вольт, уже давно существуют. Эти гальванически развязанные источники питания строятся на однокаскадных схемах, где используются аналоговые решения. При такой схеме, переменное напряжение, выпрямленное на диодном мосте, понижается в обратноходовом трансформаторе, фильтруется и подается на светодиоды. Но существует проблема, что выпрямленное напряжение содержит пульсации удвоенной частоты сети (120 Герц). Эти пульсации проходят через трансформатор и попадают в итоге на светодиоды в виде переменного тока, который и вызывает вышеупомянутые мерцания.

Цифровые контроллеры iWatt  используют двухкаскадный подход (см рисунок 3), добавляя цифровой контроль цепи прерывания. Цепь прерывания - это простая цепь, которая получает спрямленное напряжение  и действует так как и дословно звучит, т.е. прерывает напряжение и преобразует его, выполняя две важные задачи. Во-первых, она удаляет низкочастотную составляющую в выходном напряжении. Во-вторых, цепь прерывания управляет корректором мощности (PFC - power factor correction), обеспечивая близость фазы тока цепи прерывания и входного тока, т.е. обеспещивает высокий уровень PFC. Удаляя низкую частоту, полученную от входной сети, цепь прерывания удаляет мерцания в LED лампах, гарантируя плавный видео захват картинки. Так технологии компании iWatt улучшаю т качество жизни людей.

 


Рисунок 3. Архитектура двухкаскадного LED драйвера с цифровым контроллером цепи прерывания- запатентованная технология FlickerLessTM компании iWatt.

LED лампы в скором времени полностью вытеснят лампы накаливания. Плохо разработанные LED лампы могут вносить искажения в снятое видео. Памятные моменты приходят и уходят, и они должны быть сохранены для наших детей. При плохом выборе LED лампы, драгоценные моменты памяти могут быть испорчены отвратительным эффектом мерцания. Инновационная цифровая технология iWatt полностью искореняет проблему возможных мерцаний и гарантирует, что ваш семейный видеоархив будет содержать только качественные материалы.

 

Драйвера светодиодных ламп.

Компания iWatt разработала микросхемы LED драйверов с высшей надежностью и супер производительностью. Достигается постоянная высокая производительность в любое время, отсутствие мерцаний даже при диммировании.

iWatt предлагает высокую производительность, минимальный размер и стоимость LED лампы.

Используемая компанией iWatt  технология цифрового контроля позволяет создавать LED  драйвера со свойствами и возможностями недостижимыми для обычных аналоговых технологий.

Совершенная производительность диммирования.

Продвинутая цифровая технология iWatt достигает непревзойденной  производительности с любыми видами диммеров. Запатентованный алгоритм был разработан и успешно проверен на всех типах существующих диммеров. Интеллектуальный драйвер отслеживает работу диммера и точно контролирует ток светодиода. Цифровая фильтрация  обеспечивает  удаление импулсьных помех, которые приводят к видимым мерцаниям света.

 

Преимущества технологии iWatt:

-                       меньше электромагнитные помехи;

-                       отсутствие мерцаний;

-                       нет звуковых шумов;

-                       не требуется вторичный DC/DC контроллер;

-                       не требуется оптоизолятор;

-                       проще схема - простота разработки.

Таблица 1. Микросхемы LED драйверов iWatt, поддерживающие диммирование.

Применение

3 - 7 Ватт

до 30 Ватт

маломощные

высокомощные

Тип лампы

GU10

под цоколь

под цоколь

Наименование микросхемы

iW3602

iW3612

iW3614

PFC

прерывание

прерывание

прерывание

Ток транзистора прерывателя

2 А

2 А

2 А

Частота переключения

до 200 кГц

до 200 кГц

до 200 кГц

Корпус

SOIC8

SOIC8

SOIC8

КПД

>75% при 3Вт

>82% при 10Вт

>82% при 10Вт

Точность тока

+/- 5%

+/- 5%

+/- 5%

Коэффициент мощности

>0,7

>0,7

>0,7

Изолиров. схема

да

да

да

Неизолир. схема

да

да

да

Трансформатор

EE10/EE13/EE16/RM6

RM6/RM8/PQ2016

RM6/RM8/PQ2016

 

 

Таблица 2. Микросхемы LED драйверов iWatt,  не поддерживающие диммирование.

Применение

3 Вт

до 10 Вт

до 30 Вт

маломощные

высокомощные

Тип лампы

E14

GU10

GU10

GU10

под цоколь

под цоколь

T8

Т8

Т8

 

PAR

PAR

Наименование микросхемы

iW1678

iW1810

iW1706

iW3620

Силовой транзистор

биполярный

Встроенный

биполярный

MOSFET

Частота переключения

40 кГц

64 кГц

72 кГц

До 130 кГц

Корпус

SOT23-5

SOIC8

SOT23-5

SOIC8

КПД

>75% при 3Вт

>78% при 3Вт

>79% при 5Вт

>85% при 10Вт

Точность тока

+/- 5%

+/- 5%

+/- 5%

+/- 5%

Коэффициент мощности

-

-

>0,8

>0,8

Изолиров. схема

да

да

да

да

Неизолир. схема

да

да

да

да

Трансформатор

EE10/ EPC13/ EE13

EE10/ EPC13/ EE13

EE16/ EPC13/ EE13

EE16/ RM6/ RM8/ PQ2016

 

 

Владимир Захаров.

Руководитель группы полупроводников и силовой электроники.

ЮЕ-Интернейшнл

Россия, 197342, Санкт-Петербург, пр. Обуховской Обороны, д 70, к.3А (бизнес-центр «ФИДЕЛЬ», 5 этаж).

Многоканальный (812) 313 3440 доб +782  / Факс: (812) 313 3441

Моб.: +7 921 954 40 22

email: vladimir.zakharov@yeint.ru  / http: yeint.ru

 

Copyright 2016 YE International yesupport@yeint.ru Обратная связь
 
 
Задать вопрос