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  • PFC的离线式开关电源电路应该如何设计?

    PFC的离线式开关电源电路应该如何设计?

    我们都知道,BUCK电路要求输入总大于输出,所以其不用在HPFC中。在输入电流为正弦半波时候,当其变化的电压数值小于BUS电压时,其停止工作。虽然如此,但是BUCK拓扑在做限流时非常有用(母线有开关管),其可以作为BOOST的一个补充。 离线式开关电源通常应用整流桥和输入滤波电容从输入吸收能量,大电容在接近交流输入峰值处充电以给为逆变提供能量的未经调整的BUS提供能量。电容的容量必须足够大,当整流后半期内线电压低于BUS电压时,仅由它向后续提供能量。本文所述的高PFC放置于输入整流和BUS电容之间,工作频率远大于线电压频率,校正器吸收正弦半波输入电流,相位与线电压相位相同通过BUS直流电压与参考电压的比较控制电流。 基本运行原理: 本文假定PFC工作频率为fs=100khz,电网频率为60hz,校正器吸收随正弦半波电压成正比变化的电流以获得功率因数接近1的输入。因此在整流桥输入端电流与电压同相位。当然,这只是用纯电阻负载。拥有这种功能的校正电路叫做“电阻竞争者”。 输入电流控制通过乘法器,让表征整流输入线电压波形的正弦半波与控制电压相乘,得到VERR,VERR在每个半波内必须恒定,因此可以控制VERR来控制RMS输入电流,以控制每半个周期从电网吸收的能量。 VERR代表VDC与参考电压的偏差,经放大转变成误差放大器的输出。当VDC低时,VERR变大,增大输入功率以弥补滤波电容上能量的损失。 功率变换:尽管校正器输入电流波形时正弦波,但它的输出电流ichg是个正弦的平方的函数,通过思考校正器的输入/输出功率而非输入/输出电压可以得到各个运行参数。假定为高输入功率因数校正,其频率远大于工频,在校正器上储存和消耗的能量忽略不计(电感储存的能量在每个开关周期上通常大于其传递的能量,但是在每工频半周期内可以忽略)。因此输入与输出功率相等。 BOOST电路: 最常用的HPFC电路,输出必须总大于输入暂态值。输入电流不需要关断,由于电感的存在很小,减小了线路污染和EMI,另外线路的SPIKE被电感吸收,增加了系统可靠性。电流连续模式下,输入电感使电流控制模式得以很好应用以控制输入电流正弦(电流控制实际市控制电感电流)晶体的位置使得其容易驱动,因为S和E极参考控制电路和电容的共同端。晶体最大电压为电容电压。其最大的缺点是不能限流,因为其在输入和输出间没有串联开关。不能控制过载和启动过电流,只有通过后续逆变部分提供保护。 还有,当输入电压比输出电压高的时候,其不起作用,这种情况发生在每次供电设备开机和线电压足够长时间的紊乱的时候。软启动没有作用,因为在这种情况下BOOST电路不运行。晶体一直关断,但是输入电流将上升,其峰值将大于几倍额定电流值,导致电感饱和,除非另加限流电路。 必须加入斜坡补偿,以防止在D大于0.5(VIN〈VDC/2〉时系统不稳定。因为电感电流随输入电压变化,所以斜坡补偿很难控制,这个问题可以通过降低电流内环带宽避免,以致电感电流平均值被直接控制,而不是截取峰值电流。因为开关频率远大于电网频率,所以有很大的空间去控制电流环的带宽。 不连续的电感电流模式不能用在HPFC电路中,因为在峰值输入电压处电感电流下降很窄,因此纹波电流很小。但是在HPFC在输入电压峰值处,线电流也在其峰值处。拥有高峰值电流低纹波,电感电流必须连续。

    时间:2020-10-17 关键词: pfc 开关电源 离线式

  • 基于PFC的离线式开关电源电路设计

    离线式开关电源通常应用整流桥和输入滤波电容从输入吸收能量,大电容在接近交流输入峰值处充电以给为逆变提供能量的未经调整的BUS提供能量。电容的容量必须足够大,当整流后半期内线电压低于BUS电压时,仅由它向后续提供能量。本文所述的高PFC放置于输入整流和BUS电容之间,工作频率远大于线电压频率,校正器吸收正弦半波输入电流,相位与线电压相位相同通过BUS直流电压与参考电压的比较控制电流。基本运行原理:本文假定PFC工作频率为fs=100khz,电网频率为60hz,校正器吸收随正弦半波电压成正比变化的电流以获得功率因数接近1的输入。因此在整流桥输入端电流与电压同相位。当然,这只是用纯电阻负载。拥有这种功能的校正电路叫做“电阻竞争者”。输入电流控制通过乘法器,让表征整流输入线电压波形的正弦半波与控制电压相乘,得到VERR,VERR在每个半波内必须恒定,因此可以控制VERR来控制RMS输入电流,以控制每半个周期从电网吸收的能量。VERR代表VDC与参考电压的偏差,经放大转变成误差放大器的输出。当VDC低时,VERR变大,增大输入功率以弥补滤波电容上能量的损失。功率变换:尽管校正器输入电流波形时正弦波,但它的输出电流ichg是个正弦的平方的函数,通过思考校正器的输入/输出功率而非输入/输出电压可以得到各个运行参数。假定为高输入功率因数校正,其频率远大于工频,在校正器上储存和消耗的能量忽略不计(电感储存的能量在每个开关周期上通常大于其传递的能量,但是在每工频半周期内可以忽略)。因此输入与输出功率相等。BOOST电路:最常用的HPFC电路,输出必须总大于输入暂态值。输入电流不需要关断,由于电感的存在很小,减小了线路污染和EMI,另外线路的SPIKE被电感吸收,增加了系统可靠性。电流连续模式下,输入电感使电流控制模式得以很好应用以控制输入电流正弦(电流控制实际市控制电感电流)晶体的位置使得其容易驱动,因为S和E极参考控制电路和电容的共同端。晶体最大电压为电容电压。其最大的缺点是不能限流,因为其在输入和输出间没有串联开关。不能控制过载和启动过电流,只有通过后续逆变部分提供保护。还有,当输入电压比输出电压高的时候,其不起作用,这种情况发生在每次供电设备开机和线电压足够长时间的紊乱的时候。软启动没有作用,因为在这种情况下BOOST电路不运行。晶体一直关断,但是输入电流将上升,其峰值将大于几倍额定电流值,导致电感饱和,除非另加限流电路。必须加入斜坡补偿,以防止在D大于0.5(VIN〈VDC/2〉时系统不稳定。因为电感电流随输入电压变化,所以斜坡补偿很难控制,这个问题可以通过降低电流内环带宽避免,以致电感电流平均值被直接控制,而不是截取峰值电流。因为开关频率远大于电网频率,所以有很大的空间去控制电流环的带宽。不连续的电感电流模式不能用在HPFC电路中,因为在峰值输入电压处电感电流下降很窄,因此纹波电流很小。但是在HPFC在输入电压峰值处,线电流也在其峰值处。拥有高峰值电流低纹波,电感电流必须连续。BUCK电路由于BUCK电路要求输入总大于输出,所以其不用在HPFC中。在输入电流为正弦半波时候,当其变化的电压数值小于BUS电压时,其停止工作。虽然如此,但是BUCK拓扑在做限流时非常有用(母线有开关管),其可以作为BOOST的一个补充。

    时间:2018-06-26 关键词: 电源技术解析 pfc 开关电源 离线式

  • 离线式LED驱动电路设计

    作为一种新型的节能、环保的绿色光源产品,LED拥有广阔的市场前景。市场现阶段已经出现上千款LED驱动IC。其中我们遇到比较多的是单芯片线路结构(图1a)。   根据IC的数据表可知,这类IC为工作于PWM方式的高效LED驱动控制电路,借助于外部电路,能适应从8V到450V 的宽输入电压范围。通过外部的电阻(或电容)可设定固定频率控制外部功率MOS管,以恒流的方式可靠地驱动LED串。LED的电流可以通过选择恰当的限流电阻来设定。同时提供线性调光功能,支持低频可变占空比的数字脉冲(PWM)调光功能。   根据应用场合和按照不同的标准,其驱动方案可以分为三种。   按照PWM调节方式,可以分成恒定频率和恒定关断时间两类(图1)。   在稳定状态下加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感电压乘以关断时间:Von*Ton=Voff*Toff,即(Vin-Vo)*Ton=Vo*Toff。   从电感的计算公式可以看出这两者之间的差异性,图1a中的电感计算式为L = (Vin–Vo) * Ton /ΔI ,图1b中的电感计算式为L=Vo*Toff/ΔI。Io=Ip-ΔI /2。如图2所示电流波形示意图,电感确定后,图2a中输入电压Vin变化导致纹波电流ΔI变化,以致输出电流变化;图2b中的纹波电流ΔI与输入电源电压无关。因此在电压波动较大的宽电压应用环境下,使用恒定关断时间电路方式。   按照是否隔离,可以分成隔离和非隔离两类。   隔离和非隔离驱动方式主要针对市电交流输入而言。当采用图3a的非隔离方式时,建议工作在电流连续模式;当采用图3b的隔离方式时,建议变压器工作在非连续方式(即每个周期结束时,变压器无剩磁),这样可以保证每次开关周期,变压器原边传送给副边的能量相同(与电源电压无关)。   图3b隔离方式为反激式电路结构,当Q1导通时,原边绕组电流增加,副边绕组无电流,负载通过C2续流。当Q1关断时,副边绕组导通,变压器存储的能量通过副边绕组释放为负载。变压器转移功率P=1/2*Imax*Imax*L*Fosc。采用这种隔离方式时,必须注意副边不在环路控制中,有可能出现大电流从而损害LED。使用时必须增加保护电路限流。      按照电源类别,可以分成交流和直流两类。   当交流市电作输入时,只需要将电源电压整形滤波后接入直流应用电路。 基于AX2028的LED驱动电路设计   LED产品对其驱动电源的要求包括:稳定、可靠、高效、通用。AX2028是一款LED驱动恒流控制芯片,系统应用电压范围为12VDC至600VDC,占空比为0~100%,固定关断时间工作模式。它支持交流85V~265V输入,非隔离和隔离应用方案。AX2028采用独特的技术进行恒流控制和补偿方法,使LED电流在交流85V~265V范围内变化小于±3%。AX2028采用优化的系统结构,使得系统效率高于92%。可广泛应用于E14、E27、PAR30、PAR38、GU10等灯杯和LED日光灯。       AX2028具有多重LED保护功能,包括LED开路保护、LED短路保护、过温保护。在系统故障出现的时候,电源系统进入保护状态,直到故障解除,系统又重新进入正常工作模式。   在AX2028_TUBE_18W非隔离应用设计(图4)中,LED光源阵列设计为0.06W白光LED(SMT或草帽灯)24个串联、12串并联的方案,驱动288个小功率WLED,总功率为18W。   电路采用了EMI抑制电路、整流滤波电路、填谷PFC电路、AX2028恒流系统电路来驱动LED工作。      AX2028_TUBE_12W简化板应用方案的性能指标如下:   宽电压AC 85~265v;输出 12串12并   电流220MA±1MA(输出电流可调)   电压调整率:1%   负载调整率:3%   电源效率>88%   PFC>0.92   THD<45   短路保护   开路保护;空载输出限压<48V(限压可调)   MOS温升<20℃   规格指标:   单面PCB布局   190mm*16mm*11mm,适合T8、T10、日光灯管   不易导致器件虚焊,贴片采用竖式排列   无噪声   采用独特电路结构,无闪烁   高性价比   对于非隔离的灯具,其设计原理可延用上述LED日光灯应用典型方案设计思路经行选择,改变LED光源排列方式,则可以变换成各种不同形式的LED灯具。针对各种LED灯具对驱动电源的不同要求,可以改变电源的输出特性设计来满足各不相同的需求。AX2028可应用于设计隔离与非隔离的球泡灯、PAR灯、筒灯、嵌灯、洗墙灯、台灯、可控硅调光灯等LED光源灯具的驱动电源。 本文小结   AX2028在设计上的重大改进使得性能更趋完善,固定Toff工作模式、高占空比、高达92%的效率、高恒流精度等特性,使其更适用于LED照明灯具的驱动电源应用。

    时间:2012-05-02 关键词: LED 驱动 电路设计 离线式

  • 高压离线式高亮度LED的新型恒流控制电路

    HB-LED (高亮度发光二极管)正越来越广泛地应用于多个领域。其如此受欢迎的原因是它具有很多吸引 OEM和终端用户的特点。高亮度LED结合了高效率、小体积、低电压运行等特点,从而比传统照明设备更为灵活。这种灯具有出色的低温性能、色饱和度和亮度,以及较长的工作寿命。其不含汞的特性在照明行业向清洁技术发展的环保形势下,更具优势。但由于LED预封装的功率和工作电流分别达到了 5 W 和1.5 A,设备较大的制造容差表明,采用传统的控制方法(如阻性电流限制)既不精确、效率又低。新电路满足了精确和高效电流控制的需求,并且在某些情况下可简化应用级别设计,降低成本。 二极管串 高亮度LED的亮度和色彩都取决于正向电流。要保证二极管串中的每个高亮度LED输出亮度,可以将其串联。但这种结构需要电流控制电路具有较高的电压。由于高亮度LED的 IV 曲线过于陡峭,影响VF(正向电压)制造容差的存在,同时,VF有随温度漂移等问题,并联效果也不好。例如,Lumiled 公司Luxeon III 的VF在不同部分的差异可达到20%(表 1)。 尽管灯的电气参数会发生变化,高亮度LED串的驱动电路还要保持恒定的平均负载电流。与高亮度LED串联的小传感电阻可提供二极管串电流的持续反馈。 接地参考的传感电阻简化了电流传感电路,但在降压转换器中需要高压驱动电路。要避免使用隔离变压器,在设计中必须选择高边检测和低电压驱动电路,或者低边检测和高压驱动电路。实现后者的一种有效方法是,采用有时间延迟滞后控制的高压降压驱动电路(见图 1)。   维持电流 该电路的控制器通过比较反馈电压VIFB和一个标称的0.5V内部参考电压VIFBTH来调节输出电流。如果VIFB 低于VIFBTH,MOSFET导通,从而通过直流总线为高亮度LED串供电。同时,LC 谐振电路在VIFB 增大时存储能量。当VIFB 达到阈值VIFBTH 时,MOSFET 在电路固有的固定时间延迟之后关闭。 该延迟允许VIFB 在MOSFET关闭之前超过阈值。在MOSFET 关闭后,谐振电路释放其存储的能量,为二极管串供电。在此期间,VIFB 逐渐降低,直到达到固定的阈值。比较器在阈值点打开或关闭,电路的延迟允许VIFB 在MOSFET 打开之前继续降低,从而开始下一个循环。 固定时间延迟及相应的电路连续开关促使控制器将二极管串电流调节到平均值IOUT(AVG),该值为VIFBTH (标称0.5V)及传感电阻RCS的整数商数。只要LC 振荡电路能维持足够低的纹波电压—小于0.1V,这种关系就会成立。 只要输出电压的值保持在一定范围内,这种利用控制器的延迟实现滞后的调节方式就可促使降压转换器自行调节。提高输入输出电压比会加大电流纹波。输入电压和电流限制的需求确定了占空比。这种结构提供了连续而精确的电流控制,且不受输入和高亮度LED正向电压波动影响。 图 2 、图3 及表 2、表3 显示了这种电路在90 ~265 VAC的通用输入电压范围内,以350 mA驱动两个有6个串联LUXEON FLOOD 25-0032 HB-LED板时的结果。表 2 显示了在输入电压范围内良好的电流调节。图 2 和图3 说明了正如理论所示的,由于占空比较小,输入电压较高时纹波较差。这表明在主电压较低的地区,如北美和日本,设备性能更加良好。然而,即使在最差的条件下,只要控制器输入电压保持在90 ~265 VAC的范围内,仍可对电流进行适时调节。同时对只使用6个HB-LED板的系统进行了测量(见表 3) ,对比结果发现,±1.3%的调节差距导致负载电压的差距高达33.4V ~16.4V。  由于这种结构的效率为总线输出电压的反函数,因此,6个HB-LED 的系统效率低于12个HB-LED的系统,如表 3中所示。6个HB-LED 系统的效率也可以通过修改谐振电路来提高。 同步 将转换器改为同步降压结构可以提高电路效率,同时最少地增加电路复杂性和成本,特别是对于负载电流和输入电压较高的系统(见图 4)。由于总线输出电压决定了降压转换器的占空比,该值较大的系统中,开关周期的大部分时间都由低压设备控制。通常,MOSFET的I2RDS(on) 导通损耗比二极管的VI 耗散项小。可是,要比较两种结构,还要考虑由二极管反相恢复时间造成的损耗与MOSFET的寄生二极管损耗的大小。 当高压部分的MOSFET 导通时,公共节点电压VS 迅速地从接地电压滑向VBUS ,同时,低压部分MOSFET 或二极管在反相恢复时间将VS 电流导向接地点。这会对低压部分的开关设备造成功耗大、散热多、增加元件的压力。二极管的反相恢复时间通常比MOSFET寄生二极管短。在低频和较小负载电流下,MOSFET 寄生二极管的恢复时间较长并不会引起任何问题。但在频率和电流较高的情况下,一定要比较低边设备每个结构的总损耗,以优化设计。 要降低MOSFET 寄生二极管的反相恢复损耗,可与MOSFET并联一个肖特基二极管。由于两种设备正向电压存在差异,在开关空载时间,电感会消耗通过肖特基的电流。当高边FET 导通时,由于寄生二极管不会在正向导通模式下运行,肖特基二极管较快的反相恢复时间将主导电路的活动。在低边导通间隔,MOSFET较低的RDS(on) 可保证较低的导通损耗。

    时间:2012-04-05 关键词: LED 电路 高亮度 离线式

  • 离线式LED驱动电路设计方案

    市场现阶段已经出现上千款LED驱动IC。其中我们遇到比较多的是单芯片线路结构(图1a)。 根据IC的数据表可知,这类IC为工作于PWM方式的高效LED驱动控制电路,借助于外部电路,能适应从8V到450V 的宽输入电压范围。通过外部的电阻(或电容)可设定固定频率控制外部功率MOS管,以恒流的方式可靠地驱动LED串。LED的电流可以通过选择恰当的限流电阻来设定。同时提供线性调光功能,支持低频可变占空比的数字脉冲(PWM)调光功能。 根据应用场合和按照不同的标准,其驱动方案可以分为三种。 按照PWM调节方式,可以分成恒定频率和恒定关断时间两类(图1)。 在稳定状态下加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感电压乘以关断时间:Von*Ton=Voff*Toff,即(Vin-Vo)*Ton=Vo*Toff。 从电感的计算公式可以看出这两者之间的差异性,图1a中的电感计算式为L = (Vin–Vo) * Ton /ΔI ,图1b中的电感计算式为L=Vo*Toff/ΔI。Io=Ip-ΔI /2。如图2所示电流波形示意图,电感确定后,图2a中输入电压Vin变化导致纹波电流ΔI变化,以致输出电流变化;图2b中的纹波电流ΔI与输入电源电压无关。因此在电压波动较大的宽电压应用环境下,使用恒定关断时间电路方式。 按照是否隔离,可以分成隔离和非隔离两类。 隔离和非隔离驱动方式主要针对市电交流输入而言。当采用图3a的非隔离方式时,建议工作在电流连续模式;当采用图3b的隔离方式时,建议变压器工作在非连续方式(即每个周期结束时,变压器无剩磁),这样可以保证每次开关周期,变压器原边传送给副边的能量相同(与电源电压无关)。 图3b隔离方式为反激式电路结构,当Q1导通时,原边绕组电流增加,副边绕组无电流,负载通过C2续流。当Q1关断时,副边绕组导通,变压器存储的能量通过副边绕组释放为负载。变压器转移功率P=1/2*Imax*Imax*L*Fosc。采用这种隔离方式时,必须注意副边不在环路控制中,有可能出现大电流从而损害LED。使用时必须增加保护电路限流。 按照电源类别,可以分成交流和直流两类。 当交流市电作输入时,只需要将电源电压整形滤波后接入直流应用电路。 基于AX2028的LED驱动电路设计 LED产品对其驱动电源的要求包括:稳定、可靠、高效、通用。AX2028是一款LED驱动恒流控制芯片,系统应用电压范围为12VDC至600VDC,占空比为0~100%,固定关断时间工作模式。它支持交流85V~265V输入,非隔离和隔离应用方案。AX2028采用独特的技术进行恒流控制和补偿方法,使LED电流在交流85V~265V范围内变化小于±3%。AX2028采用优化的系统结构,使得系统效率高于92%。可广泛应用于E14、E27、PAR30、PAR38、GU10等灯杯和LED日光灯。 AX2028具有多重LED保护功能,包括LED开路保护、LED短路保护、过温保护。在系统故障出现的时候,电源系统进入保护状态,直到故障解除,系统又重新进入正常工作模式。 在AX2028_TUBE_18W非隔离应用设计中,LED光源阵列设计为0.06W白光LED(SMT或草帽灯)24个串联、12串并联的方案,驱动288个小功率WLED,总功率为18W。 电路采用了EMI抑制电路、整流滤波电路、填谷PFC电路、AX2028恒流系统电路来驱动LED工作。 AX2028_TUBE_12W简化板应用方案的性能指标如下:   宽电压AC 85~265v;输出 12串12并   电流220MA±1MA(输出电流可调)   电压调整率:1%   负载调整率:3%   电源效率>88%   PFC>0.92   THD<45   短路保护   开路保护;空载输出限压<48V(限压可调)   MOS温升<20℃   规格指标:   单面PCB布局   190mm*16mm*11mm,适合T8、T10、日光灯管   不易导致器件虚焊,贴片采用竖式排列   无噪声   采用独特电路结构,无闪烁   高性价比 对于非隔离的灯具,其设计原理可延用上述LED日光灯应用典型方案设计思路经行选择,改变LED光源排列方式,则可以变换成各种不同形式的LED灯具。针对各种LED灯具对驱动电源的不同要求,可以改变电源的输出特性设计来满足各不相同的需求。AX2028可应用于设计隔离与非隔离的球泡灯、PAR灯、筒灯、嵌灯、洗墙灯、台灯、可控硅调光灯等LED光源灯具的驱动电源。 本文小结 AX2028在设计上的重大改进使得性能更趋完善,固定Toff工作模式、高占空比、高达92%的效率、高恒流精度等特性,使其更适用于LED照明灯具的驱动电源应用。

    时间:2012-02-14 关键词: LED 设计方案 驱动电路 离线式

  • 新一代离线式 LED 灯对 LED 驱动器 IC 有更多要求

    背景     人们越来越关注使用传统照明方法对环境的影响,同时 LED 价格在不断下降,因此就很多离线式应用而言,大功率 LED 正在迅速成为流行的照明解决方案。高亮度 LED 能节省能源、具有长寿命并对环境有利,这些特点不断促进种类繁多的固态照明 (SSL) 应用的发展。因此,LED 的增长率持续加速,应该并不令人意外。到 2010 年末,高亮度 LED 的市场规模达到了 82 亿美元,预计到 2015 年将增长到超过 200 亿美元,年复合增长率为 30.6% (数据来源:Strategies Unlimited)。过去几年,用作高清电视机 (HDTV) 显示器背光照明的 LED 一直是 LED 市场增长的主要驱动力。不过,随着 LED 普通照明应用在商用和住宅环境中引起越来越大的兴趣,LED 的增长将显著加速。 LED 照明高增长率背后的主要驱动力是,与传统照明方法相比,LED 照明的功耗大幅降低。与白炽灯照明相比,要提供同样的光输出 (以流明为单位),LED 需要的电功率不到白炽灯的 25%。LED 照明还有其他很多优势,但是也有一些与 LED 照明有关的挑战。LED 照明的优势包括工作寿命比白炽灯长数个量级,这极大地降低了更换成本。能利用以前安装的 TRIAC 调光器给 LED 调光,也是一个主要的成本优势,尤其是在住宅照明领域。LED 能即时接通,不像 CFL 那样需要预热时间,而且 LED 对电源周期不敏感,这一点也与 CFL 不同。此外,LED 不含任何需要管理或处置的有毒材料,而 CFL 需要有毒的水银蒸气才能工作。最后,LED 能实现新的、非常扁平的外形尺寸,这是其他技术不可能做得到的。     可以使用离线式电源     能用离线式电源驱动 LED 使得 LED 应用得以迅猛增长,因为这种形式的电源在商用和住宅建筑中很容易得到。尽管 LED 灯更换对最终用户来说实行起来相对简单,但是对 LED 驱动器 IC 的新要求却大大增加了。因为 LED 需要良好调节的恒定电流源,以提供恒定量的光输出,所以用 AC 输入电源给 LED 供电需要一些特殊的设计方法,而且有一些非常特殊的设计要求。 视你在世界上不同地方而不同,离线式电源的范围约为 90VAC 至 265VAC,同时频率范围为 50Hz 至 65Hz。因此,要为全球市场生产 LED 灯,理想情况是可提供无需修改就能适用于世界上任何地方的单一电路设计。这就需要单一 LED 驱动器 IC 能处理多种输入电压和供电频率。 此外,很多离线式 LED 应用要求 LED 与驱动电路实现电气隔离。这主要是出于安全考虑,也是几个监管机构的要求。电气隔离一般由隔离反激式 LED 驱动器拓扑提供,该拓扑利用一个变压器隔离驱动电路的主端和副端部分。 采用 LED 照明背后的驱动力是,提供一定量光输出所需的功率极大降低,因此当务之急是,LED 驱动器 IC 要提供最高效率。因为 LED 驱动器电路必须将高压 AC 电源转换为在较低电压时能提供良好调节的 LED 电流,所以 LED 驱动器 IC 必须设计为提供高于 80% 的效率,这样才能不浪费功率。 此外,为了让 LED 灯可以使用住宅应用中常见的、大量安装的 TRIAC 调光器,LED 驱动器 IC 必须能有效地用这些调光器工作。TRIAC 调光器专为与白炽灯和卤素灯很好地配合工作而设计,这两种灯是理想的阻性负载。然而,LED 驱动器电路一般是非线性的,而且不是纯阻性负载。其输入桥式整流器在 AC 输入电压处于其正和负峰值时通常吸收高强度的峰值电流。因此,LED 驱动器 IC 必须通过设计来“模仿”一个纯阻性负载,以确保 LED 在不产生任何明显闪烁的情况下正确起动,并利用一个 TRIAC 进行适当的调光。 在 LED 照明中,功率因数校正 (PFC) 是一个重要的性能规格。简言之,如果所吸取的电流与输入电压成正比且同相,那么就可实现等于 1 的功率校正因数。因为白炽灯是一种纯电阻性负载,所有输入电流和输入电压是同相的,PFC 为 1。当 PFC 与本地电源所需电功率大小有关时,PFC 尤其重要。也就是说,在一个电源系统中,就传输相同数量的有用功率而言,功率因数低的负载比功率因数高的负载吸取更大的电流。需要更大的电流会提高配电系统中损失的能量,这又导致需要较粗的导线和其他较大型的传输设备。因为较大型的设备成本高且浪费能量,所以电力公司通常会向功率因数较低的工业或商用客户收取更高的费用。LED 应用的国际标准仍然在开发之中,不过大多数人认为,将要求大部分 LED 照明应用的 PFC>0.90。 因为 LED 驱动器电路 (包括很多二极管、变压器和电容器) 的表现不会与纯电阻性负载一样,所以其 PFC 可能低至 0.5。为了将 PFC 提高到高于 0.9, 有源或者无源 PFC 电路都必须设计到 LED 驱动器电路中。还应该提到的一点是,在运用大量 LED 照明阵列的应用中,高 PFC 尤其重要。例如,在使用超过几百个 50W LED 灯的停车库中,高 PFC (> 0.95) LED 驱动器设计将是很有利的。 除了高 PFC 很重要,最大限度地降低 LED 灯的谐波失真度也很重要。国际电工委员会 (International Electrotechnical Commission) 已经制订了 IEC 61000-3-2 C 类照明设备谐波规范,以确保新的 LED 照明系统满足这些低失真要求。 在照明应用中,能在较宽的线路输入电压、输出电压和温度变化范围内准确调节 LED 电流是至关重要的,因为 LED 亮度的变化必须是人眼难以察觉的。类似地,为了确保 LED 有最长的工作寿命,不用高于其最大额定值的电流驱动 LED 也是很重要的。在隔离反激式应用中调节 LED 电流并不总是很简单,而是常常需要一个光耦合器来闭合所需的反馈环路,或者可能要增加一个额外的转换级。不过,这两种方法都增加了复杂性和可靠性问题。幸运的是,有些 LED IC 驱动器设计采用了新的设计方法,以确保无需这些额外的组件和 / 或增加设计复杂性,就能准确调节 LED 电流。 要很快从白炽灯过渡到 LED 灯,面临的最大障碍之一是基于 LED 解决方案的成本和尺寸。消费者习惯于支付不到 0.50 美元更换一个 60W 的白炽灯,支付大约 3 美元更换一个同样瓦数的 CFL 灯。支付超过 30 美元更换一个 LED 灯,是消费者要克服的一大障碍。以这样的价格计算,在 LED 的寿命期内,节省的电能和更换成本相比,换成 LED 灯确实有经济意义。不过,大多数消费者不习惯于这样联系起来看问题。一般而言,仓库、停车库等尤其因照明而支付高额能源账单的商业企业会更快地采用 LED 照明,因为费用节省更加明显。随着 LED 灯购买费用的下降,将有更多消费者愿意转向 LED 照明。 最后,一个同样重要的因素是,LED 照明解决方案的尺寸。很多照明灯都是直接旋进灯座就可以更换的,因此整个 LED 解决方案必须能装进与原来的白炽灯体积和形状相同的空间中。LED 需要一个散热器和一个复杂得多的驱动器电路,所以在与白炽灯体积和形状相同的空间中装入包括这两个部分的整个 LED 解决方案,可能是个挑战。因此,所需要的 LED 驱动器 IC 要能在一个简单、占板面积紧凑的解决方案中提供所有这些需要的功能和特性。     一种新的解决方案     为了满足离线式照明的要求 (例如高功率因数、高效率、隔离和 TRIAC 调光器兼容性),以前的 LED 驱动器采用很多外部分立式组件,结果形成了又大、又复杂的解决方案。凌力尔特的 LT3799 集成了离线式 LED 照明需要的所有功能,解决了这些复杂性、空间和性能问题。LT3799 是一款具有源功率因数校正的隔离反激式 LED 控制器,专门为在 90VAC 至 265VAC 的通用输入范围驱动 LED 而设计。该器件以关键导通 (边界) 模式控制一个隔离反激式转换器,适用于需要 4W 至超过 100W 或更高 LED 功率的 LED 应用。其新颖的电流检测电路无需使用光耦合器,就能向副端提供良好调节的输出电流。其独特的泄能电路使得 LED 驱动器可与 TRIAC 调光器相兼容,而无需增设额外的组件。LED 开路和短路保护确保长期可靠性。 图 1 显示了一个完整的 LED 驱动器解决方案,其效率高达 86%。LT3799 从主端开关电流波形检测输出电流。就一个以边界模式工作的反激式转换器而言,输出电流方程式为: IOUT = 0.5 • IPK • N • (1 – D) IPK 是峰值开关电流,N 是主端至副端匝数比,D 是占空比。该 IC 通过一种新颖的反馈控制电路调节峰值开关电流和占空比以此调节输出电流。与需要知道输入功率和输出电压信息的其他主端检测方法不同,这种新型电路提供好得多的输出电流调节,因为准确度几乎不受变压器绕组电阻、开关 RDS(ON)、输出二极管正向压降和 LED 电缆压降的影响。 图 1:采用 LT3799 和 TRIAC 可调光的 20W 离线式 LED 驱动器     大功率因数、低谐波     通过使线路电流跟随施加的正弦波电压,LT3799 实现了高功率因数,并且满足了 IEC 61000-3-2 C 类照明设备谐波要求。如果所吸取的电流与输入电压成正比,就能实现等于 1 的功率因数。LT3799 用一个从输入电压产生的、与输入电压成比例的电压调制峰值开关电流。如在图 2 中能看到的那样,这种方法提供 0.98 或更高的功率因数。一个小带宽反馈环路保持对输出电流的调节,而且不会使输入电流失真。   图 2:具有源功率因数校正的 LT3799 的 VIN 和 IIN 波形 可与 TRIAC 调光器兼容     当 TRIAC 调光器处于断开状态时,它不是彻底断开的。有相当大的泄漏电流通过其内部滤波器流到 LED 驱动器。这个电流给 LED 驱动器的输入电容器充电,从而导致 LED 随机开关和闪烁。以前的解决方案增加一个泄能电路,该电路包括一个大和昂贵的高压 MOSFET。LT3799 将变压器主端绕组和主开关用作泄能电路,因此无需这类 MOSFET 或其他任何额外的组件。如图 3 所示,当 TRIAC 断开时,MOSFET 栅极信号为高,且 MOSFET 接通,从而泄放掉漏电电流,并保持输入电压为 0V。TRIAC 一接通,MOSFET 就无缝地变回正常的供电器件。   图 3:MOSFET 栅极信号和 VIN     LED 电流调节     此外,LT3799 在整个输入电压、输出电压和温度范围内提供 LED 电流调节。见图 4,可以看到,正如大多数美国照明应用所要求的那样,当输入从 90VAC 变到 150VAC 时,LED 电流保持在 ±5% 的调节范围内。LT3799 采用一个独特的电流检测电路取代了光耦合器,以向副端提供良好调节的电流。这不仅降低了成本,还改善了可靠性。   图 4:LT3799 LED 电流调节与 VIN (AC) LED 开路和短路保护     通过变压器的第三个绕组持续监视 LED 电压。当主开关断开时,第三个绕组的电压与输出电压成正比,输出二极管传导电流。一旦过压或 LED 开路,主开关就断开,CT 引脚的电容器开始放电。然后该电路进入打嗝模式。在 LED 短路情况下,VIN 引脚电压降至低于 UVLO 门限之前,该 IC 以最低频率运行,因为第三个绕组不能给该 IC 提供足够的功率。然后该 IC 进入启动排序状态。 CTRL 引脚和模拟调光     LT3799 的输出可以通过多个 CTRL 引脚调节。例如,输出电流可以跟随一个加到任意 CTRL 引脚的 DC 控制电压,以实现模拟调光。过热保护和线路过压保护功能也可以利用这些 CTRL 引脚轻松地实现。 紧凑和具成本效益的解决方案     LT3799 运用具整个 LED 驱动电路 (包括 EMI 滤波器) 的单级设计,仅需要 40 个外部组件,可保持解决方案简单、占板面积紧凑和具成本效益。图 1 中 20W 电路的总尺寸仅为 30mm x 75mm,厚度仅为 30mm,从而非常适用于多种 LED 应用。通过改变几个外部组件,这个电路就可以进一步为 120VAC、240VAC 甚至 377VAC 应用或几乎任何常见的 AC 输入而优化。 结论     面向通用照明应用的离线供电 LED 不断促进对高性能和具成本效益的 LED 驱动器 IC 解决方案的需求。这类 LED 驱动器必须提供电气隔离、高效率、PFC > 0.90 和 TRIAC 调光功能。此外,它们还必须提供良好调节的 LED 电流,以保持一致的亮度,而不管输入电压或 LED 正向电压如何变化,同时它们必须提供各种保护功能以提高系统的可靠性。向 LED 照明过渡的经济性也要求LED 驱动器电路必须非常具成本效益。幸运的是,现在已经有这类 LED 驱动器了。

    时间:2011-08-08 关键词: LED 驱动器 ic 离线式

  • 离线式LED驱动电路设计实例

    作为一种新型的节能、环保的绿色光源产品,LED拥有广阔的市场前景。市场现阶段已经出现上千款LED驱动IC。其中我们遇到比较多的是单芯片线路结构(图1a)。   根据IC的数据表可知,这类IC为工作于PWM方式的高效LED驱动控制电路,借助于外部电路,能适应从8V到450V 的宽输入电压范围。通过外部的电阻(或电容)可设定固定频率控制外部功率MOS管,以恒流的方式可靠地驱动LED串。LED的电流可以通过选择恰当的限流电阻来设定。同时提供线性调光功能,支持低频可变占空比的数字脉冲(PWM)调光功能。   根据应用场合和按照不同的标准,其驱动方案可以分为三种。   按照PWM调节方式,可以分成恒定频率和恒定关断时间两类(图1)。   在稳定状态下加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感电压乘以关断时间:Von*Ton=Voff*Toff,即(Vin-Vo)*Ton=Vo*Toff。   从电感的计算公式可以看出这两者之间的差异性,图1a中的电感计算式为L = (Vin–Vo) * Ton /ΔI ,图1b中的电感计算式为L=Vo*Toff/ΔI。Io=Ip-ΔI /2。如图2所示电流波形示意图,电感确定后,图2a中输入电压Vin变化导致纹波电流ΔI变化,以致输出电流变化;图2b中的纹波电流ΔI与输入电源电压无关。因此在电压波动较大的宽电压应用环境下,使用恒定关断时间电路方式。   按照是否隔离,可以分成隔离和非隔离两类。   隔离和非隔离驱动方式主要针对市电交流输入而言。当采用图3a的非隔离方式时,建议工作在电流连续模式;当采用图3b的隔离方式时,建议变压器工作在非连续方式(即每个周期结束时,变压器无剩磁),这样可以保证每次开关周期,变压器原边传送给副边的能量相同(与电源电压无关)。   图3b隔离方式为反激式电路结构,当Q1导通时,原边绕组电流增加,副边绕组无电流,负载通过C2续流。当Q1关断时,副边绕组导通,变压器存储的能量通过副边绕组释放为负载。变压器转移功率P=1/2*Imax*Imax*L*Fosc。采用这种隔离方式时,必须注意副边不在环路控制中,有可能出现大电流从而损害LED。使用时必须增加保护电路限流。      按照电源类别,可以分成交流和直流两类。   当交流市电作输入时,只需要将电源电压整形滤波后接入直流应用电路。 基于AX2028的LED驱动电路设计   LED产品对其驱动电源的要求包括:稳定、可靠、高效、通用。AX2028是一款LED驱动恒流控制芯片,系统应用电压范围为12VDC至600VDC,占空比为0~100%,固定关断时间工作模式。它支持交流85V~265V输入,非隔离和隔离应用方案。AX2028采用独特的技术进行恒流控制和补偿方法,使LED电流在交流85V~265V范围内变化小于±3%。AX2028采用优化的系统结构,使得系统效率高于92%。可广泛应用于E14、E27、PAR30、PAR38、GU10等灯杯和LED日光灯。     AX2028具有多重LED保护功能,包括LED开路保护、LED短路保护、过温保护。在系统故障出现的时候,电源系统进入保护状态,直到故障解除,系统又重新进入正常工作模式。   在AX2028_TUBE_18W非隔离应用设计(图4)中,LED光源阵列设计为0.06W白光LED(SMT或草帽灯)24个串联、12串并联的方案,驱动288个小功率WLED,总功率为18W。   电路采用了EMI抑制电路、整流滤波电路、填谷PFC电路、AX2028恒流系统电路来驱动LED工作。      AX2028_TUBE_12W简化板应用方案的性能指标如下:   宽电压AC 85~265v;输出 12串12并   电流220MA±1MA(输出电流可调)   电压调整率:1%   负载调整率:3%   电源效率>88%   PFC>0.92   THD<45   短路保护   开路保护;空载输出限压<48V(限压可调)   MOS温升<20℃   规格指标:   单面PCB布局   190mm*16mm*11mm,适合T8、T10、日光灯管   不易导致器件虚焊,贴片采用竖式排列   无噪声   采用独特电路结构,无闪烁   高性价比   对于非隔离的灯具,其设计原理可延用上述LED日光灯应用典型方案设计思路经行选择,改变LED光源排列方式,则可以变换成各种不同形式的LED灯具。针对各种LED灯具对驱动电源的不同要求,可以改变电源的输出特性设计来满足各不相同的需求。AX2028可应用于设计隔离与非隔离的球泡灯、PAR灯、筒灯、嵌灯、洗墙灯、台灯、可控硅调光灯等LED光源灯具的驱动电源。 本文小结   AX2028在设计上的重大改进使得性能更趋完善,固定Toff工作模式、高占空比、高达92%的效率、高恒流精度等特性,使其更适用于LED照明灯具的驱动电源应用。

    时间:2011-06-14 关键词: LED 驱动电路 设计实例 离线式

  • 离线式 LED 应用未必对 LED 驱动器构成挑战

    背景     高亮度 LED 能降低功耗、具有很长的寿命以及更多益处,不断促进多种照明应用的发展,因此 LED市场持续加速增长就毫不意外了。根据 Strategies Unlimited 公司的研究,到 2010 年末,高亮度 LED 的市场规模达到了 82 亿美元,到 2015 年将增长到 202 亿美元,年复合增长率为 30.6%。在过去几年中,用来给显示器提供背光照明的 LED 一直是驱动 LED 市场增长的主要因素。不过,通用照明 LED 应用在商用和住宅市场吸引力越来越大,这也进一步加速了 LED 市场的增长。全球市场情报供应商 LEDinside 在研究报告中写道:“2010 年,商用高流明 LED 照明系统出现了巨大增长。这是因为,就大多数消费者而言,家用 LED 照明仍然太过昂贵。LED 照明能带来长期益处,具有节能和环保属性,加上相关的减税政策,因此在停车场、办公室、工厂、仓库等商用领域,LED 照明的使用量将出现巨大增长。LED 灯不仅可以取代高压钠灯、卤素灯和白炽灯,而且在某些领域还能取代 CFL 和荧光灯。”LEDinside 进一步估计道:“2010 年和 2011 年,LED 商用照明将迅速增长并得到广泛采用,同时直到 2011 年或 2012 年,家用照明 LED 都不会流行,2012 年是关键的一年。预计 2010 年 LED 光源的市场渗透率能达到 3.7%,而 2009 年至 2013 年的年复合增长率估计为 32%。” 在商用建筑物中,照明一般占总能源使用量的 25% 至 40%,因此商用应用引领向 LED 的转变应该是毫不意外的结果。因为这类应用需要高强度、长时间照明,所以节省电能导致的经济回报是相对短期的。另外,LED 附属装置寿命很长,因此极大地降低了 LED 灯的更换成本。更换成本不仅包括照明灯本身的成本,还包括动手更换照明灯的劳动成本,而在某些应用中,如高顶灯照明应用,劳动成本这一项是很高的。另一方面,就大多数消费者而言,通用的家用 LED 照明目前仍然太过昂贵。不过,未来几年,随着 LED 附属装置价格下降和 LED 更加广泛地供货,照明市场在住宅领域也将出现大幅增长。大多数分析师都预计,住宅细分市场 2011 年将适度增长,而 2012 年及以后将加速增长。 正如前面提到的那样,LED 照明市场高增长率背后的主要驱动因素是,与传统照明方式相比,LED 照明能极大地降低功耗。与白炽灯照明相比,要提供同样的光输出量 (以流明为单位),LED 需要的电功率不到白炽灯的 20%。如表 1 所示,LED 照明还有更多优势,但也有更多挑战。LED 的优势包括寿命比白炽灯高几个位量级,这极大地降低了更换成本。能利用以前安装的 TRIAC 调光器给 LED 调光也是一个主要的优势,尤其是在住宅照明市场。LED 灯即时接通,无需像 CFL 那样的预热时间,而且 LED 灯对电源周期不敏感,这一点也与 CFL 灯不同。此外,LED 照明的附属装置不含任何需要控制或处理的有毒材料,而 CFL 采用有毒水银蒸气工作。最后,LED 可实现新型和非常扁平的外形尺寸,而其他技术则不可能做到。 表 1:LED、CFL 和白炽灯光源比较 此类新型 LED 照明应用所涉及的范围非常之广,从 4W 的拧入式可替换型白炽灯泡到100W 的街灯、再到需要几百瓦功率的高棚灯等。大多数这些 LED 灯将需要依靠现有的 AC 离线式电源 (视终端应用所处地理位置的不同,通常为 90VAC 至 265VAC) 来工作。为了获得从 AC 离线式电源来高效驱动 LED 的能力,产生了一些相当独特的 LED IC 驱动器设计难题。 LED 驱动器不仅必须提供最高效率以确保节省功率,而且出于安全考虑,还必须提供电气隔离。此外,LED 驱动器必须提供功率因数校正 (PFC) 和低谐波失真性能,以适用于多种应用。不仅如此,在很多住宅应用中,LED 驱动器还必须提供用现有 TRIAC 调光器调光的能力。最后,解决方案的总体占板面积必须非常小,以使附属装置有足够的空间容纳该解决方案,解决方案还必须具成本效益,以吸引商用和住宅用户用 LED 灯更换现有照明灯。有能够满足所有这些要求的 LED 驱动器 IC 可用,对 LED 照明的不断采用是至为重要的。 LED 照明计算     LED 照明市场迅速增长背后的主要驱动力之一是,与白炽灯甚至 CFL 照明相比,LED 灯能极大地节省功率。因此,研究一下用现有 LED 能节省的功率以及未来几年内功率将怎样进一步节省是有意义的。 60W 白炽灯:     提供约 800 流明,可转换为 13.3 lms/W (流明/瓦)。 现有 LED:     就商用产品而言,目前的效率在 50 lms/W 至 170 lms/W 之间。 未来的 LED:     将提供范围为 200 lms/W 至 230 lms/W 的效率。然而,最大的理论效率约为 250 lms/W。 就照明用途而言,我们来考虑一下 100 lms/W 的 LED。LED 本身所需要的电功率为 800 流明/100 lms/W = 8W。不过,AC/DC LED 驱动电子线路的效率也必须考虑在内,就高性能 LED 驱动器而言,这个效率为 85%。因此,离线式电源所需的总功率为 8W/0.85 = 9.4W,从而与白炽灯相比,功率节省了 84%。如果用 65 lms/W 这个更加保守的数字,那么相对于白炽灯耗用的功率而言,LED 功率可降低 75%。展望未来,当提供 200 lms/W 的 LED 可用时,功率将节省多达 92%。为了满足目前能源之星的要求,相对于标准白炽灯,LED 灯的功率必须降低至少 75%,才能取代白炽灯。 用离线式电源为 LED 供电     能用离线式电源驱动 LED 就可使应用越来越快地增加,因为在商用建筑和住宅中,可非常便利地得到这种形式的电源。尽管 LED 灯的附属装置相对简单,最终用户非常容易安装,但是对 LED 驱动器 IC 的要求却极大地提高了。因为 LED 需要一个良好调节的恒定电流源,以提供恒定的光输出,所以用 AC 输入源给 LED 供电需要一些特殊的设计方法,要满足一些非常特别的设计需求。 在世界上不同地区,离线式电源参数可能不同,一般在 90VAC 至 265VAC之间,频率则为 50Hz 至 65Hz。因此要制造面向全球市场的 LED 附属装置,最好拥有这样一个电路设计:无需修改就能使 LED 用在全球任何地方。这就需要单一 LED 驱动器 IC 能处理多种输入电压和频率。 此外,很多离线式 LED 应用需要 LED与驱动电路之间实现电气隔离。这主要出于安全考虑,是几家监管机构要求的。电气隔离一般由隔离型反激式 LED 驱动器拓扑提供,该拓扑运用变压器隔离驱动电路的主端和副端。 由于采用 LED 照明的驱动力是,提供特定光输出量所需的功率可极大地降低,因此当务之急是,LED 驱动器 IC 要提供最高效率。因为 LED 驱动器电路必须将高压 AC 电源转换为更低的电压和良好调节的 LED 电流,所以 LED 驱动器 IC 必须设计为,提供高于 80% 的效率,以不浪费功率。 而且,为了在住宅应用中常见的 TRIAC 调光器已经大量安装到位的情况下使 LED 花样翻新灯成为可能,LED 驱动器 IC 必须与这些调光器一起高效运作。TRIAC 调光器专为与白炽灯和卤素灯很好地配合工作而设计,这两种灯是理想的阻性负载。然而,LED 驱动器电路一般是非线性的,而且不是纯阻性负载。其输入桥式整流器在 AC 输入电压处于其正峰值和负峰值时通常吸收高强度的峰值电流。因此,LED 驱动器 IC 必须通过设计来“模仿”一个纯阻性负载,以确保 LED 在不产生任何明显闪烁的情况下正确起动,并利用一个 TRIAC 进行适当的调光。 就 LED 照明而言,PFC 是一个重要的性能规格。简言之,如果所吸取的电流与输入电压成正比且同相,那么功率校正因数为 1。因为白炽灯是一种理想的电阻性负载,所以输入电流和电压同相,且 PFC 为 1。PFC 特别重要,因为它与本地电力供应商所需提供的电功率有关。也就是说,在一个电力系统中,与一个具有高功率因数的负载相比,在所传输的有用功率相同的情况下,一个具有低功率因数的负载吸取更大的电流。因为所需电流较高,所以在配电系统中损失的能量也提高了,这反过来又需要更粗的导线和其他传输设备。较大的设备和能源浪费增加了成本,所以电力公司通常对功率因数较低的工业或商用客户收取较高的费用。LED 应用的国际标准仍然处于开发之中,不过大多数人相信,就 LED 照明应用而言,将要求 PFC > 0.90。 LED 驱动器电路 (包括大量二极管、变压器和电容器) 的表现不像一个纯电阻性负载,其 PFC 可能低至 0.5。为了将 PFC 提高到 0.9 以上,有源或无源 PFC 电路都必须设计到 LED 驱动器电路内。还应该提到的一点是,在采用数百个以上 50W LED 灯的应用中,高 PFC 尤其重要,在这种情况下,高 PFC (>0.95) LED 驱动器设计是有益的。 除了高 PFC,还有一点也很重要,那就是最大限度地降低 LED 附属装置的谐波失真。国际电工委员会 (IEC) 已经制定了 C 类照明设备谐波性能规范 IEC 61000-3-2,以确保新的 LED 照明附属装置满足低失真要求。 在照明应用中,能在较宽的线电压、输出电压和温度变化范围内准确调节 LED 电流是至关重要的,因为 LED 亮度的变化必须是人眼难以察觉的。类似地,为了确保 LED 有最长的工作寿命,不用高于最大额定值的电流驱动 LED 是很重要的。在隔离型反激式应用中,LED 电流的调节不总是直接进行的,常常需要一个光耦合器来闭合所需的反馈环路,或者可能增加一个额外的转换级。然而,这两种方法都带来了复杂性和可靠性问题。幸运的是,有些 LED 驱动器 IC 的设计采用了新的设计方法,无需这些额外的组件或不增加设计复杂性,就能准确地调节 LED 电流。 最后,要从白炽灯迅速向 LED 灯转变,最大的障碍是基于 LED 的解决方案的成本和尺寸。消费者习惯于花不到 1.00 美元换一个 60W 白炽灯,花大约 3.00 美元换一个 CFL 灯。花 30 多美元换一个 LED 灯,对消费者来说是一个很大的障碍。考虑到在 LED 的寿命期内电力成本和更换成本的降低,以这样的价格换一个 LED 灯确实有经济意义,但是消费者不习惯于这样联系起来看问题。总之,仓库、车库等支付大量照明电费的商业企业转向 LED 照明的速度快得多,因为费用节省更加明显。随着 LED 灯购买费用的下降,将有更多的消费者愿意转向 LED 照明。 同样重要的一个因素是 LED 照明解决方案的尺寸。很多 LED 灯都是直接旋入灯座的,因此整个解决方案必须与原来使用的白炽灯有相同的形状和体积。由于 LED 需要散热器和复杂得多的驱动器电路,所以在相同的体积中装入这两样东西可能是一个挑战。因此,人们需要的将是这样的 LED 驱动器 IC:能在一个简单和占板面积紧凑的解决方案中提供所有这些需要的功能。 一种全新的解决方案     幸运的是,一种新的解决方案,凌力尔特的 LT3799,可以解决这些离线式 LED 的所有驱动难题。该器件是一款隔离型反激式 LED 控制器,具有源 PFC,专门为在 90VAC 至 265VAC 的通用输入范围内驱动 LED 而设计。LT3799 以关键传导模式工作,最大限度地减小了外部变压器的尺寸。它非常适用于驱动功率从 4W 至数百瓦的多种 LED 应用。驱动高达 20W 的 LED 的整个电路如图 1 所示。这个特定电路可用 TRIAC 调光,且在 90VAC 至 265VAC 的通用输入范围内,能提供高达 1A 的 LED 电流,同时提供超过 86% 的效率 (参见图 2)。稍微改变一下外部组件,这个电路就可以进一步优化,以在 120VAC、240VAC 甚至 377VAC 或几乎任何常见的 AC 输入情况下使用。   图 1:采用了 LT3799 并具 PFC 和 TRIAC 调光的通用输入、隔离型反激式 LED 控制器电路     LT3799 运用单级设计,整个 LED 驱动电路 (包括 EMI 滤波器) 仅需要 40 个外部组件,从而使该解决方案简单、占板面积紧凑且具成本效益。图 1 中的 20W 电路的总尺寸仅为 30mm x 75mm,高度仅为 30mm,从而成为种类繁多的 LED 应用的理想选择。 图 2:LT3799 在通用输入电压范围内的效率 LT3799 采用独特的内部电路提供高达 0.98 的有源 PFC,从而非常容易满足美国能源部 (Department of Energy - DOE) 的要求,同时还符合 IEC 61000-3-2 C 类照明设备谐波要求 (参见图 3)。   图 3:具有源 PFC 的 LT3799 VIN 和 IIN 波形 此外,在整个输入电压、输出电压和温度范围内,LT3799 还提供 LED 电流调节。在图 4 中可以看到,当输入从 90VAC 变到 150VAC 时,正如大多数美国照明应用所要求的那样,LED 电流保持了 ±5% 的稳定度。LT3799 用一个独特的电流检测电路取代了光耦合器,以向副端提供良好调节的电流。这不仅降低了成本,还改进了可靠性。   图 4:随 VIN (AC) 变化 LT3799 对 LED 电流的调节 LT3799 还能与标准壁式 TRIAC 调光器一起使用,而不会产生任何可见闪烁。集成的 LED开路和短路保护确保多种 LED 应用具有长期可靠性。最后,其耐热增强型 MSOP-16 封装有助于形成非常紧凑的 LED 驱动器解决方案。 结论     由离线式电源供电的通用 LED 照明应用市场出现了前所未有的加速增长,其背后的驱动力是对更高性能和具成本效益的照明应用之持续需求。然而,这些新出现的性能要求必须使用新的 LED 驱动器 IC 才能满足。这些 LED 驱动器必须提供电气隔离、高效率、PFC 和 TRIAC 调光能力。此外,不管输入电压或 LED 正向电压如何变化,这些驱动器还必须提供良好调节的 LED 电流,以保持一致的亮度,同时提供各种保护功能,以提高系统可靠性。这些 LED 驱动器电路还必须能构成非常紧凑和具成本效益的解决方案。幸运的是,现在已经有这类离线式 LED 驱动器了。      

    时间:2011-05-03 关键词: LED 驱动器 离线式

  • 采用MC33374构成的离线式回扫变换器电路图

    采用MC33374构成的离线式回扫变换器电路图

    时间:2011-04-12 关键词: mc 变换器电路图 33374 开关电源 离线式

  • 5 W离线式LED驱动器参考设计(Power Integrations)

    Power Integrations公司日前发布一份新的5 W离线式LED驱动器参考设计(RDK-251),该电源具备无闪烁可控硅调光和单级功率因数校正(PFC)。该参考设计基于Power Integrations创新性的LinkSwitch-PL系列LED驱动器IC - LNK457DG,可实现紧凑型非隔离式电源。 新参考设计在15 V额定LED灯串电压下可提供350 mA单路恒流输出。使用标准的AC市电可控硅调光器可将输出电流降低至1% (3 mA),这不会造成LED阵列性能不稳或发生闪烁。该电源可同时兼容低成本的前沿调光器和更复杂的后沿调光器。它可在通用AC输入范围内(85 VAC至265 VAC,47 Hz至63 Hz)进行工作,其AC耐压范围为0 VAC至300 VAC,从而能增强现场应用的可靠性,延长在线电压骤降和骤升条件下的使用寿命。 新参考设计的功率因数较高(>0.9),输入电流总谐波失真(THD)较低(在115 VAC下<10%,在230 VAC下<15%),因此可轻松满足国际能效标准的要求,并使单个设计在全球范围内都适用。除LinkSwitch-PL器件外,新参考设计只用到38个无源元件和分立元件(非调光应用只需29个元件),因此非常适用于外形紧凑的电源。由于省去了旧式LED驱动器设计中所需的无源元件,其可制造性和使用寿命也得以提升,省去的元件包括大容量电容和可靠性较差的高压电解电容。LinkSwitch-PL与其对应的隔离式IC系列LinkSwitch-PH一样,都将控制器和高压功率MOSFET集成到了单个硅片上,通过进一步减少元件数和省去控制器和高压功率MOSFET之间的寄生元件,可大大简化PCB的布局。 电路板可装入带E26/27灯座的梨形A19 LED替换灯中。RDK-251中提供了完整的电源规格、电路图、物料清单、变压器文档、印刷电路板布局及性能数据。 Power Integrations的照明业务开发经理Bill Weiss表示:“该设计能使SSL灯实现高质量调光、k可实现高功率因数、低THD、紧凑外形以及高可靠性。此外,还可满足乃至超越所有能效法规要求。固态照明制造商可建立一个既可工作在低压,又可工作在高压的平台。对于系统设计师来说,这款紧凑轻巧的高性能设计能加快其上市速度。” LinkSwitch-PL器件现以SO-8、eSOP™和eDIP™封装供货,基于10,000片的订货量每片单价为0.86美元。

    时间:2010-12-15 关键词: LED power integrations 离线式

  • 离线式LED驱动器NCL30001(安森美)

    安森美半导体(ON Semiconductor)进一步扩充LED照明方案阵容,推出以单段集成功率因数校正(PFC)和隔离型降压交流-直流(AC-DC)电源转换的新离线式LED驱动器——NCL30001。这器件省下专用PFC升压段,减少元件数量,降低方案成本,配合提高LED电源系统总能效,用于LED街灯、低顶灯、外墙灯(wall pack)和建筑物照明等应用。 NCL30001采用连续导电模式(CCM)工作,可以配置为恒流驱动器或固定输出电压驱动器,非常适合功率要求在40 W到150 W的设计。这控制器采用SOIC-16封装,工作频率能在20 kHz到250 kHz之间调节,多功能闩锁引脚具备过温关闭电路,为电路设计人员提供高度的灵活性。 NCL30001控制器的其它规格特性还包括高压启动电路、电压前馈以改善环路响应、输入欠压检测、内部过载定时器、闩锁输入,以及减少输入线路谐波的高精度乘法器。安森美半导体还提供这器件的隔离型单段功率因数校正LED驱动器评估板,用于要求直接恒流输出的40 W到100 W功率范围的应用。电流可在0.7 A至1.5 A之间调节,配合更宽范围的大功率高亮度LED。 安森美半导体AC-DC业务部经理Christophe Warin说:“随着基于LED的照明设计在市场与日普及和数量快速增加,高能效、高性价比的集成系统管理器件的需求更胜从前。NCL30001完全配合这些需求,为工程师提供了灵活的单段拓扑结构LED驱动器,非常适合应用于他们新的LED照明产品。这器件是另一有力例证,彰显安森美半导体不断开发针对客户需求的照明方案。” NCL30001采用16引脚SOIC封装,每10,000片批量的单价为1.05美元。  

    时间:2010-07-09 关键词: LED 30001 ncl 离线式

  • 电源设计小贴士 7:高效驱动 LED 离线式照明

    用切实可行的螺纹旋入式 LED 来替代白炽灯泡可能还需要数年的时间,而在建筑照明中 LED 的使用正在不断增长,其具有更高的可靠性和节能潜力。同大多数电子产品一样,其需要一款电源来将输入功率转换为 LED 可用的形式。在路灯应用中,一种可行的配置是创建 300V/0.35 安培负载的 80 个串联的 LED。在选择电源拓扑结构时,需要制定隔离和功率因数校正 (PFC) 相关要求。隔离需要大量的安全权衡研究,其中包括提供电击保护需求和复杂化电源设计之间的对比权衡。在这种应用中,LED 上存在高压,一般认为隔离是非必需的,而 PFC 才是必需的,因为在欧洲 25 瓦以上的照明均要求具有 PFC 功能,而这款产品正是针对欧洲市场推出的。就这种应用而言,有三种可选电源拓扑:降压拓扑、转移模式反向拓扑和转移模式 (TM) 单端初级电感转换器 (SEPIC) 拓扑。当 LED 电压大约为80 伏特时,降压拓扑可以非常有效地被用于满足谐波电流要求。在这种情况下,更高的负载电压将无法再继续使用降压拓扑。那么,此时较为折中的方法就是使用反向拓扑和 SEPIC 拓扑。SEPIC 具有的优点是,其可钳制功率半导体器件的开关波形,允许使用较低的电压,从而使器件更为高效。在该应用中,可以获得大约 2% 的效率提高。另外,SEPIC 中的振铃更少,从而使 EMI 滤波更容易。图 1 显示了这种电源的原理图。图 1 转移模式 SEPIC 发挥了简单 LED 驱动器的作用该电路使用了一个升压 TM PFC 控制器来控制输入电流波形。该电路以离线为 C6 充电作为开始。一旦开始工作,控制器的电源就由一个 SEPIC 电感上的辅助绕组来提供。一个相对较大的输出电容将 LED 纹波电流限定在 DC 电流的20%。补充说明一下,TM SEPIC中的 AC 电通量和电流非常高,需要漆包绞线和低损耗内层芯板来降低电感损耗。图 2 和图 3 显示了与图 1 中原理图相匹配的原型电路的实验结果。与欧洲线路范围相比,其效率非常之高,最高可达 92%。这一高效率是通过限制功率器件上的振铃实现的。另外,正如我们从电流波形中看到的一样,在 96% 效率以上时功率因数非常好。有趣的是,该波形并非纯粹的正弦曲线,而是在上升沿和下降沿呈现出一些斜度,这是电路没有测量输入电流而只对开关电流进行测量的缘故。但是,该波形还是足以通过欧洲谐波电流要求的。图 2 TM SEPIC 具有良好的效率和高 PFC 效率图 3 线路电流轻松地通过 EN61000-3-2 Class C 标准感谢 TI 的 Brian King 在实验室试验方面提供的帮助。下次,我们将讨论降低电源噪声的扩频技术,敬请期待。

    时间:2009-04-02 关键词: LED 驱动 电源设计 离线式

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