如何优化PAR38 LED聚光灯并且提高工作效率

照明设计师可以通过选择合适的LED驱动器和LED来实现低成本，高效率，可调光的PAR38定向聚光灯。 LED应该提供高流明输出，出色的光学控制和色彩一致性，而LED驱动器提供紧凑的尺寸，低散热要求和出色的调光性。

照明设计师的一个关键是选择合适的设计权衡，然后能够将所有电子产品打包到一个狭小的空间。在许多情况下，设计人员发现参考设计可以使他们更容易解决其中的一些挑战。参考设计还可以帮助工程师满足其上市时间要求;有人说，参考设计的作用是提供近75％完成的设计，关键的好处是你不必从头开始设计它。在本文中，我们将研究一个Power Integrations的参考设计¹（图1）使用该公司的LYTSwitch-4（LYT4317E）LED驱动器和Cree的MT-G2 Easy White LED。 LYT4317E是一款隔离式高功率因数（PF）TRIAC可调光LED驱动器，设计用于在输入电压范围为90至132 VAC时典型驱动标称LED串电压为36 V（典型值为550 mA）。与之前的MT-G相比，Cree XLamp MT-G2 LED可提供25％更亮的LED，从而实现更广泛的高流明应用，使其非常适合高输出，定向照明应用。

图1：可调光PAR38聚光灯的参考设计使用Power Integrations的LYT4317E单级驱动器和Cree的MT-G2 EasyWhite LED（Power Integrations提供）。这种设计平衡了效率和广泛调光器兼容性范围，集成功率因数校正（PFC）和过压，过流和过温保护，以及自动恢复热关断和无“弹出”和无闪烁调光等功能。可以采取一些措施来优化这种驱动器的效率（图2），但最大的影响集中在泄放电路和阻尼电路的运行上，根据LED照明产品营销经理Andrew Smith的说法。

图2：LED驱动器在120 VAC时提供85％或更高的效率。

设计输入级的有源阻尼电路和无源泄放电路均为与TRIAC调光相关联。虽然它们在TRIAC调光器中具有不同的特定功能，但它们与使TRIAC正常启动并保持相关联有关。泄放电路基本上确保在任何时候都有足够的电流（锁存电流）流过TRIAC以保持调光器工作，而阻尼电路用于减少由施加到输入滤波器的阶跃电压引起的振荡量，这可能会导致闪烁或闪烁有源阻尼电路（连接到R6，如图3所示）的优点在于，它仅在开启时需要时将电阻元件添加到操作中，并在循环的剩余时间内关闭。不利的是，这种设计需要额外的电路（Q1，VR5，C3，Q3，R29，R6，D10和R28，如图3所示），以实现这种额外的效率提升，史密斯说。他补充说，可以使用无源阻尼器，但它可能需要增加电阻器的功率。

图3：20 W PAR38可调光LED驱动器的原理图使用LYT4317E（由Power Integrations提供）。

如果设计人员想要一个非常低成本的设计并且可以放松一点效率目标，那么可以去除额外的电路。

有可能使用被动阻尼器但它可能需要增加电阻器的功率。电路会更小，这意味着它可能适合更小的外壳，材料清单（BOM）成本会下降，虽然电阻会导致温度上升，效率会下降两到三个点，具体取决于根据Power Integrations的Smith的说法，该设备的额定功率。使用有源阻尼电路是提高效率的一种相对经济有效的方法，因此大多数设计人员会选择走这条路，除非是非常低功率的灯史密斯说，他们通常使用无源阻尼器，因为它们没有有源阻尼电路的空间或预算。

输入泄放电路（R1和C1如图3所示）用于确保TRIAC在调光器中，在AC周期开始时锁定，并在每个周期结束时AC电压下降时保持导通状态。史密斯表示，电阻器和电容器元件的尺寸可以提供适用于各种调光器的灯泡。 “R和C消耗的功率越多，你进入电路的放电电流就越大。更多放气电流的优点是阻尼器适用于更多的TRIAC调光器。”

市场上有成百上千的TRIAC调光器史密斯解释说，世界上没有任何一个灯泡制造商可以与他们合作。他补充道，TRIAC调光器的设计工作功率高于LED负载，因此每个LED灯的电流水平都要低得多。

设计师可以选择：制造功率非常高的吸收式放大器该电路可与大量调光器配合使用，或制作较小的放气电路，可使用较少的调光器。 Power Integrations通常选择范围广泛的最差调光器，那些难以使用的调光器，并设计其电路以与那些不会降低效率的电路配合使用。 Smith指出：“我们通过R1和C1以及阻尼电路接受一些效率损失，以确保我们使用这些调光器。”

“调光器功能设计是我们参考设计带来的关键。我们已经完成了这项艰苦的工作，对于那些经常花费大量时间来优化这一特性的工程师来说，这是一个真正的节省时间，“他补充道。”参考设计还考虑了变压器的类型，环境温度，PFC和总谐波失真（THD）。这些都可以保证单独讨论。简而言之，该设计使用RM8变压器，其中RM8内核包含设备内的磁通量。为什么这很重要？在大多数情况下，灯泡包含在金属外壳中或者至少部分地被金属包围，并且金属将改变变压器的磁通路径。这意味着当灯泡插入时，它可能会获得与工作台设计不同的输出电流。

RM8内核消除了这个问题，这意味着它可以自动使用不同类型的外壳，形状和尺寸。这种平台设计的优势在于它可以用于不同的应用。

“使用RM8内核，如果您测试外壳内部或外壳外的电源，并改变材料或形状，则无关紧要在这种情况下，设备将始终表现相同，“史密斯说。另一个优点是RM8核心尺寸相对较小，节省了成本和空间。另外，LYTSwitch-4具有内置过压保护（OVP）电路，这意味着它可以监控开关晶体管的内部温度，通常是电路中最热的部分，所以如果它变得太热，灯会关闭直到它冷却下来。史密斯解释说：“它可以保护电路，使客户无法在安全操作范围之外移动它们。”LYTSwitch-4还通过将PFC集成到电路中来考虑PFC要求，但是由于采用单级设计，无需额外费用。该电路提供.9 PF，这意味着它可以毫无问题地在美国使用。它还提供低THD，这是包括欧洲在内的全球市场的需求。这意味着如果灯泡在全球范围内销售，灯具设计师就不必改变电路设计。

其他关键特性包括大量EMI滤波器，可确保电路元件不会产生可听噪声，从而在某些LED中产生嗡嗡声灯，以及启动期间LYTSwitch-4的自供电。 IC使用漏极连接从初级侧自动向上供电，直至其正常工作，一旦进入正常工作状态，它就会使用偏置绕组（如图3所示的10和11）。史密斯指出：“对于不必担心如何打开IC的设计师而言，这是一种简化。”总之，照明设计师可以通过使用提供的参考设计来优化他们的PAR38 LED聚光灯设计。在诸如效率，PF，THD和电路保护等特性的权衡中取得良好的平衡。在许多情况下，这些设计可以帮助工程师加快设计周期，同时提供可以跨地理区域和各种调光器使用的最佳设计。