在實(shí)際應(yīng)用中,我們都知道交流市電(AC)并不能直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED,因?yàn)長(zhǎng)ED本質(zhì)上是一種直流器件,必須依賴DC電源才能正常工作。針對(duì)這一問(wèn)題,免驅(qū)動(dòng)COB采用了創(chuàng)新性的解決方案——在其內(nèi)部配置了一個(gè)由單個(gè)或多個(gè)整流二極管構(gòu)成的整流橋電路。該電路的核心作用是將輸入的交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)形式的直流電(Pulsating DC),這也是免驅(qū)動(dòng)技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),它有效地取代了傳統(tǒng)外置驅(qū)動(dòng)電源的核心功能。
之所以要這樣做,是因?yàn)長(zhǎng)ED對(duì)電流極為敏感,其亮度表現(xiàn)和使用壽命都與工作電流的大小密切相關(guān)。因此,必須嚴(yán)格控制或穩(wěn)定流經(jīng)LED芯片的電流,以防止因市電波動(dòng)或溫度變化導(dǎo)致的電流過(guò)載而損壞LED,或者因電流不足造成亮度下降。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),有多種技術(shù)路徑可供選擇:
首先是電阻限流法,這是一種最簡(jiǎn)單且成本較低的方案。具體操作是在整流后的電路中串聯(lián)一個(gè)或多個(gè)高壓貼片電阻。根據(jù)歐姆定律(V=IR),這些電阻能夠起到限制電流的作用。然而,這種方法存在明顯的缺點(diǎn),如效率低下、發(fā)熱量大、恒流精度差,并且電流會(huì)隨著電壓的波動(dòng)而變化,無(wú)法實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的恒流狀態(tài)。
相比之下,線性恒流IC/電路方案則更為理想。它可以在COB基板上集成線性恒流芯片,或者使用晶體管、穩(wěn)壓二極管、電阻等分立元件構(gòu)建恒流電路。這類電路能夠根據(jù)負(fù)載(即LED)的變化自動(dòng)調(diào)整自身的壓降,從而保證流過(guò)LED的電流保持穩(wěn)定。相較于電阻限流法,它具有更高的精度、更好的穩(wěn)定性以及對(duì)電壓波動(dòng)更強(qiáng)的適應(yīng)能力,但成本稍高,且仍有一定的功耗(表現(xiàn)為發(fā)熱現(xiàn)象)。
此外,還有一種簡(jiǎn)易開(kāi)關(guān)恒流技術(shù),不過(guò)應(yīng)用相對(duì)較少。在某些先進(jìn)的免驅(qū)動(dòng)方案中,可能會(huì)采用基于電容降壓原理或小功率開(kāi)關(guān)IC設(shè)計(jì)的體積微小的開(kāi)關(guān)恒流電路。這種方案具有更高的效率、更低的發(fā)熱量以及更優(yōu)異的恒流精度,但相應(yīng)地,其集成度和成本也會(huì)有所增加。
由于單個(gè)LED芯片的工作電壓(VF)較低,一般為3V左右,而工作電流(IF)則在幾十到幾百mA之間,為了與整流后較高的直流電壓相匹配(例如220V AC整流后的峰值可達(dá)約310V DC),免驅(qū)動(dòng)COB內(nèi)部的LED芯片會(huì)被設(shè)計(jì)成多個(gè)串聯(lián)組成的燈串。然后,這些燈串再進(jìn)行并聯(lián)連接,以滿足整體所需的光通量(即亮度要求)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要精確計(jì)算串聯(lián)LED的總VF值,以確保在預(yù)期的工作電流下,能夠與整流后的電壓以及內(nèi)置的限流/恒流電路實(shí)現(xiàn)完美匹配。
由于上述整流和電流控制功能均已集成在模塊內(nèi)部,用戶只需將兩根交流輸入線(火線L和零線N)連接到COB模塊對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)或端子上,即可使其正常工作。這一設(shè)計(jì)省去了傳統(tǒng)方案中那個(gè)體積相對(duì)較大的獨(dú)立LED恒流驅(qū)動(dòng)電源盒。
總結(jié)免驅(qū)動(dòng)COB LED的工作流程如下:交流市電輸入→內(nèi)置整流橋轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流→內(nèi)置限流/恒流電路穩(wěn)定或限制電流→驅(qū)動(dòng)內(nèi)部特定串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的LED芯片陣列發(fā)光。其主要優(yōu)勢(shì)包括:簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu),減少外部元件數(shù)量,降低燈具設(shè)計(jì)的復(fù)雜性、生產(chǎn)成本和安裝難度;節(jié)省空間占用,使燈具結(jié)構(gòu)更加緊湊,尤其適用于空間受限的應(yīng)用場(chǎng)景(如超薄面板燈、筒燈等);從系統(tǒng)層面降低成本,包括物料成本和組裝成本;提升設(shè)計(jì)靈活性,讓燈具設(shè)計(jì)師無(wú)需再單獨(dú)選型和匹配驅(qū)動(dòng)電源。
當(dāng)然,這項(xiàng)技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)和缺點(diǎn):散熱問(wèn)題突出,整流橋和限流/恒流電路(特別是電阻或線性IC)產(chǎn)生的熱量直接作用于COB基板,對(duì)基板的散熱設(shè)計(jì)和燈具的整體散熱性能提出了極高要求,過(guò)熱會(huì)嚴(yán)重影響LED的使用壽命和光效;效率相對(duì)較低,電阻限流方案效率低下,線性恒流方案的效率也低于優(yōu)質(zhì)開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)方案,意味著更多電能被轉(zhuǎn)化為熱量而非光能;功率因數(shù)(PF)和總諧波失真(THD)指標(biāo)不佳,簡(jiǎn)單的內(nèi)置電路(尤其是電阻限流方式)通常功率因數(shù)較低(如0.5-0.6),THD較高,不符合某些能效和電氣規(guī)范要求,若要改善則需增加額外電路(如填谷電路),但這會(huì)提高系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本;調(diào)光兼容性差,實(shí)現(xiàn)平滑、無(wú)閃爍的調(diào)光(特別是TRIAC調(diào)光方式)難度較大,通常需要特殊設(shè)計(jì)且兼容性有限;電壓適應(yīng)性有限,一般僅針對(duì)特定電壓(110V或220V)進(jìn)行優(yōu)化,寬電壓范圍(如85-265V)的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜,且可能影響恒流精度等性能指標(biāo);可靠性風(fēng)險(xiǎn)較高,高壓、發(fā)熱元件與LED芯片近距離集成,對(duì)元件質(zhì)量、封裝工藝和散熱條件要求極高,否則其可靠性可能低于傳統(tǒng)分離式方案;靈活性不足,一旦設(shè)計(jì)定型,輸出電流和功率便難以調(diào)整,不像外置驅(qū)動(dòng)那樣可以靈活更換不同規(guī)格的產(chǎn)品。
綜上所述,免驅(qū)動(dòng)COB LED通過(guò)高度集成的方式將整流和電流控制功能內(nèi)置化,從而實(shí)現(xiàn)了直接交流驅(qū)動(dòng),這是它與傳統(tǒng)COB+外置驅(qū)動(dòng)方案的根本區(qū)別所在。這項(xiàng)技術(shù)雖為燈具設(shè)計(jì)帶來(lái)了顯著的簡(jiǎn)化效應(yīng),但也對(duì)散熱管理、效率提升和電氣性能優(yōu)化提出了更高要求,在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)具體場(chǎng)景權(quán)衡利弊。
下一篇: