当前位置:首页 > 显示光电 > 电源-LED驱动
[导读]本文提出采用升压拓扑结构来驱动高压LED串的方法,介绍基于安森美半导体NCP1075开关稳压器和NCP4328A恒压/恒流控制器的高压LED串用升压驱动电路设计。此设计提供高能效和高功率因数,同时提供低总谐波失真及低谐波含量,符合设计指引及能效规范要求。

如今,高压LED的应用越来越多,像是CREE及Philips-Lumileds等众多LED制造商都推出了高压LED.这些LED的典型正向电压(VF)范围在24 V至超过200 V间(图1)。

  推动这类LED进展的部分因素在于业界渴求优化从交流主电源电压到LED串电压的电源转换,同时简化驱动器电子电路。事实上,在某些情况下,它们被以“无驱动器”的名义来推广,因为二极管桥和线性稳压器就能构成简单的电路。但此方法有几种缺点。由于在每个线路周期的部分时间内,当输入电压低于LED正向电压时,LED处于关闭状态,故需要更多的LED来产生所要求的流明输出。此外,LED灯泡在100/120 Hz时呈现出超过100%的纹波。而在照明领域,低频纹波对人们工作效率的影响问题一直存在,业界仍在研究相关效应,着手设定可接受的LED光源闪烁量指引,因为LED光源闪烁更令人敏感,不像钨丝灯那样持续发光。

                                            图1:典型高压LED产品示例

  采用升压拓扑结构来驱动高压LED

  如果LED串能够配置为正向电压VF高于峰值交流电源电压,那就就以使用升压拓扑结构来驱动LED.输出电压必须高于施加的交流输入峰值电压。以最高额定电压为265 Vac计,那么,适合此升压转换器应用的LED最小电压绝对值:265 Vac x √2 = 375 Vdc.

  升压转换器能提供高功率因数及低总谐波失真(THD),能进行精确稳流而无论LED正向电压及交流线路电压如何变化,还解决了纹波问题,无须在设计中使用更多数量的LED来提供所要求的流明输出。值得注意的是,许多低功率LED也可以配置为长串形式,用于提供所要求的高压,而这在诸如线性灯管等分布式照明应用中尤其具备吸引力。

  本文所建议的升压转换器提供恒定输出电流,补偿输入线路电压范围及LED电压和温度变化。这驱动器的设计指引如下:

  · 输入电压范围:200 - 265 Vac

  · 输出电流:典型值30 mA

  · 输出电压:典型值393 Vdc

  · 能效:>88%

  · 功率因数:>0.9

  · 负载开路保护

  安森美半导体用于高压LED驱动的高功率因数升压LED驱动器方案

  安森美半导体的升压驱动方案采用了NCP1075开关稳压器。NCP1075集成了700 V MOSFET及控制功能,采用节省空间的SOT-223或PDIP-7封装。这单片开关稳压器提供众多保护功能,如带定时器检测的自动恢复输出短路保护(无须担心辅助绕组耦合)、带辅助绕组工作的自动恢复过压保护、交流输入线路电压检测(增强低输入电压条件下的保护)等。此外,这方案还提供内置动态自供电(DSS)功能,无需外部偏置元件。由于不要求偏置绕组,故升压电感能够使用现成的低成本磁性元件。

  通常而言,电流模式转换器必须利用模拟乘法器来实现高功率因数。此设计示例中使用了简单的晶体管跟随器来迫使转换器降低交流主电源过零点附近的电流消耗。再结合输入二极管桥之后的小型电容,这种控制方法设定主电源线路电流以跟随施加的交流线路电压波形,因而提供高功率因数。

                      图2:基于NCP1075和NCP4328A的升压LED驱动电路图。

  LED稳流是通过调制跟输入正弦波过零点间隔的导通时间来控制的。由于高功率因数转换器中的大多数功率转换出现在正弦波峰值附近,使用正弦波峰值附近的受控开关平衡过零点附近的特性,就提供高功率因数及高稳流精度。

  恒流控制是使用与LED负载串联的感测电阻来实现的。电阻电压由安森美半导体组合型恒压/恒流控制器NCP4328A来处理。内置参考为电流控制环路提供额定62.5 mV电平,并为电压控制环路提供1.250 V电平。这些放大器内部结合以提供紧凑型5引脚TSOP封装中的单个输出控制引脚。

  值得注意的是,NCP4328A的额定供电电流仅为105 μA.由于供电电流电平如此之低,NCP1075的动态自供电(DSS)功能也可为此控制器提供偏置电源。因此,偏置网络非常简单,仅有滤波电容及连接电容与NCP4328A之间的走线。[!--empirenews.page--]

          图3:基于NCP1075和NCP4328A的升压LED器电路板原型(PCB尺寸为24 x 35 mm)。

  在这设计中,NCP4328A控制器的另一半提供负载开路保护。精密的稳流使LED工作电压接近于升压滤波电容的最大额定电压,而没有常见的容限顾虑。有关安森美半导体这参考设计电感、电阻及电容等元件的选择,请参见参考资料1,获取更详细信息。

  性能测试结果

  这高压LED升压驱动电路板的性能测试结果显示提供高能效。如在190至255 Vac输入电压范围内,这设计的能效高于91%.同时LED稳流精度也保持在高水准,见图4.

  图4:基于NCP1075和NCP4328的高功率因数LED升压驱动电路板能效测试结果。

  图5:基于NCP1075和NCP4328的高功率因数LED升压驱动电路PF及THD结果。

  同时,此电路设计也提供高功率因数,如190至255 Vac电压范围内功率因数高于0.94.同时,输入电流总谐波失真(THDi)也保持极低。此外,谐波含量和EMI信号也符合相关规范标准。

  总结

  典型正向电压范围在24 V至超过200 V的高压LED的应用日渐增多,用以优化交流主电源电压到LED串电压的电源转换,并简化驱动电子电路。由二极管桥和线性稳压器构成的驱动电路很简单,但也存在多种缺点。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。

关键字: 驱动电源

在工业自动化蓬勃发展的当下,工业电机作为核心动力设备,其驱动电源的性能直接关系到整个系统的稳定性和可靠性。其中,反电动势抑制与过流保护是驱动电源设计中至关重要的两个环节,集成化方案的设计成为提升电机驱动性能的关键。

关键字: 工业电机 驱动电源

LED 驱动电源作为 LED 照明系统的 “心脏”,其稳定性直接决定了整个照明设备的使用寿命。然而,在实际应用中,LED 驱动电源易损坏的问题却十分常见,不仅增加了维护成本,还影响了用户体验。要解决这一问题,需从设计、生...

关键字: 驱动电源 照明系统 散热

根据LED驱动电源的公式,电感内电流波动大小和电感值成反比,输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。

关键字: LED 设计 驱动电源

电动汽车(EV)作为新能源汽车的重要代表,正逐渐成为全球汽车产业的重要发展方向。电动汽车的核心技术之一是电机驱动控制系统,而绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为电机驱动系统中的关键元件,其性能直接影响到电动汽车的动力性能和...

关键字: 电动汽车 新能源 驱动电源

在现代城市建设中,街道及停车场照明作为基础设施的重要组成部分,其质量和效率直接关系到城市的公共安全、居民生活质量和能源利用效率。随着科技的进步,高亮度白光发光二极管(LED)因其独特的优势逐渐取代传统光源,成为大功率区域...

关键字: 发光二极管 驱动电源 LED

LED通用照明设计工程师会遇到许多挑战,如功率密度、功率因数校正(PFC)、空间受限和可靠性等。

关键字: LED 驱动电源 功率因数校正

在LED照明技术日益普及的今天,LED驱动电源的电磁干扰(EMI)问题成为了一个不可忽视的挑战。电磁干扰不仅会影响LED灯具的正常工作,还可能对周围电子设备造成不利影响,甚至引发系统故障。因此,采取有效的硬件措施来解决L...

关键字: LED照明技术 电磁干扰 驱动电源

开关电源具有效率高的特性,而且开关电源的变压器体积比串联稳压型电源的要小得多,电源电路比较整洁,整机重量也有所下降,所以,现在的LED驱动电源

关键字: LED 驱动电源 开关电源

LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器,通常情况下:LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。

关键字: LED 隧道灯 驱动电源
关闭