LED驱动电源（精选10篇）
LED驱动电源 篇1
随着LED技术的不断完善,LED光源逐渐深入到人们生活的方方面面。LED的发光强度及通过电流都在很大程度上受到LED驱动电源的影响,LED驱动电源可以通过提供恒定电压,提升LED的使用寿命,改善LED灯的转换效率。LED驱动电源设计效果及设计质量已经成为生产商们关注的焦点。
1 LED驱动电源结构
LED驱动电源可以对电压进行调整, 确保LED灯内为直流低电压。LED驱动电源能够满足当前的电气需求,可以确保LED灯达到最理想的发光效果,降低可能出现的电网污染及电网影响,提升光源的质量。
1.1 LED驱动电源的结构选取
LED驱动电源主要包括交流供电方式与直流供电方式两种。直流供电LED驱动电源主要是电池、电瓶等,该电源在设计的过程中主要是依照直流电源特征选取的拓扑及控制结构为恒流电源。交流供电LED驱动电源主要是将交流电源转换成LED需要的直流电源,具有非常高的稳定性、安全性,可以明显提升电源的使用效率及使用质量。
1.2 PFC电路拓扑及控制方式
PFC指功率因数校正。该电路拓扑结构在使用的过程中要对储能元件进行合理应用, 通过对其自身的大电容及电感进行合理设置,加强对谐波的抑制效果。该种方法在使用的过程中要对有源开关及AC/DC整流电路正弦波状况进行控制,减少谐波成分。PFC电路拓扑在使用的过程中主要是输出稳定的直流电压,提升了变换器之后的变换效率。PFC装置在使用的过程中具有非常小的体积,控制精度较高。但是该种方法在使用的过程中无法适用于大功率场合。当前PFC电路拓扑主要包括以下几种变换器结构。
2开关电源原理
2.1 DC-DC转换电路拓扑结构及原理
当前DC-DC转换电路拓扑结构主要包括升压、降压及升降压三种变换器形式,可以依照电路要求及实际应用完成调节控制。
降压变换器又被成为三端开关型降压稳压器,主要通过串联方式进行开关电路控制,由晶体管与直流电源串联形成的稳定电源。升压型变换器又被成为三端开关型升压稳压器,主要是通过并联方式进行开关电路控制,由晶体管及电源之间并联形成的稳定电源。该变压器升降压型变换器是由升压型变压器与降压型变压器联合简化形成,可以有效改善当前电压电源稳定状况。该变换器在使用的过程中需要对二极管连接方式进行正反向转变,因此又被称为反号变换器。
2.2变换器工作原理
降压变换器在使用的过程中主要依照开关对控制模块、振荡器信号进行控制,完成开关导通及闭合控制。当基准电容电压达到规定值时,开关触发振荡器电路,完成导通操作。当电流达到峰值是完成触发动作,保持晶体开关管处于断开状态,完成降压变换操作。升压变换器在使用的过程中与降压变换器主体一致,也是依照上述原理完成控制操作。但是在该控制的过程中当电流达到峰值是要启动比较器电路,保证晶体管开关处于闭合状态。
升降压变换器控制模块可以明显加强导通控制。上述控制过程中,触发振荡器可以明显将电路启动进行合理控制,完成开关管导通信号传输。当达到峰值定值时,升降压变换器可以触发比较器电路, 完成晶体管的闭合控制,达到对脉宽调制控制功能。
3电路结构设计
3.1主电路结构
3.1.1开关电源
开关电源设计要对开关二极管、有源开关、电感、电容器进行合理使用。主电路电源设计时要合理应用半桥式转换器、单端正激式变换器等装置,依照设计要求选取主要原器件,通过脉冲宽度频率调制、 脉冲频率调制或脉冲宽度调制完成脉冲频率的调制及控制。
3.1.2反激电路
反激电路在设计的过程中要对电网中的输入电流进行控制,要对直流电压及电路保护形式进行全面分析。当前反激式电路主要包括幵关频率振荡电路、脉宽调制电路、驱动电路、比较放大电路、过压保护电路几部分。主要通过降低输出电压、 导通时间、高输出端口电压等控制因素或操作,完成储能补偿。
3.2电感、电容的计算值
在对电感、电容进行计算处理的过程中要对核心电路进行明确,依照电感线圈及电容状况,对电流比率及平滑直流回路电流状况进行明确。计算数据中显示但电感值越大,控制效果越好。
当电流在持续状态下为电感临界值时,设电网电压经过整流电路后电压在270~340V范围内,当输出电压最低为270V时,电感为7.59m H,电容为6.2u F。
4控制电路设计
电流反馈、电压反馈、PMN反馈及输出电压组成是当前控制电路的主要组成部分。上述内容在应用的过程中主要是通过对脉宽调节控制实现电压调节。其主要控制结构见图2
控制电路在设计的过程中要对以下几方面功能进行完善。第一,对控制电路进行设计,提升电压可控制输出效果。电路工作过程中要调节两个晶体管驱动脉冲宽度一致,保证正向与反向磁通量相同,防止产生偏离现象。要对限制脉冲宽度即软起动周期变化进行控制,降低直通。第二,要对输入信号及输出信号进行隔离,确保电压稳定性,完成各项电路的主体控制效果。
5总结
LED驱动电源系统在设计的过程中要对各项控制电路及电路元件进行明确, 对各项照明过程中的能量转换效益及能量转换操作进行设置,确保从根本上提升LED的主体控制效果。在上述驱动电源设计的过程中要对总体布局、布线进行确定,完成分析及测定操作,提升LED应用质量。
LED驱动电源 篇2
1、背景：
LED半导体照明作为一种新型的行业领域，现行认证的引用标准已不能满足快速的发展趋势。2009年11月18日UL发布的第一版UL870为业界提供了一个的用于LED发光器件为光源的灯具安规标准。在UL8750中规定电源模块(Power suplies)或驱动器(LED Drivers)可选择使用满足UL1310的CLASS 2电源、满足信息技术类安全UL60950-1要求的电源和除了UL1012标准规定以外的CLASS 2电源，在LED光源灯具的电气结构评估时对CALSS 2电源和LVLE电路可豁免较多的电气测试项目。虽欧盟到目前为止未制定一套针对LED光源灯具产品的安全标准，但欧盟一些国家(法国、丹麦等)已开始要求使用满足CLASS 2电源的LED道路照明灯具。国内LED户外照明灯具虽有UL认证，但基本上使用UL60950标准认证的电源，随着LED半导体行业的的深入发展，LED光源产品使用CLASS 2的电源驱动是将来的发展趋势。
2、什么CLASS 2 ：
UL60950-1(信息技术类设备的一般安全要求)中按其电击危险保护措施的程度将电子设备分为CLASS
1、CLASS 2和CLASS 3三类。CLASS 1类设备指除了基本绝缘为电击保护措施外，还采用了其它如接地等保护性措施;CLASS 2类设备指不只依靠基本绝缘，还采取了双重绝缘或加强绝缘为电击保护措施，其绝缘保护效果不依赖于保护性接地或安装条件;CLASS 3类设备指使用特低安全电压(SELV)方式供电且没有危险电压产生。在UL8750和UL1310标准涉及的CLASS 2电源都是满足UL60950中CLASS 2设备防电击安全保护规定的。
3、CLASS 2电源的定义：
LED灯具安全标准UL8750定义的Class 2电源(Class 2 Power Source)是指符合UL1310标准(UL1310是包含在室内和户外使用的CLASS 2电源单元的安全标准要求)要求的隔离电源供电，或符合UL5085-3的要求的低压Class 2和Class 3变压器供电的电路。UL1310定义CLASS 2电源单元(CLASS 2 POWER UNITS)为：与国际电码ANSI/NFPA70一致的，连接到15A或20A的120-240Vac分支电路中与少于150V接地，采用绝缘隔离变压器的提供直流和交流电能源，预期用于提供能源予低压、用电操作的装置。且CLASS 2电源是有限制输出电压和能源容量的设备，在任何情况的输出负载下，输入的电源不超过660W。UL1310对CLASS 2电源的装配机械结构、性能测试要求及产品标示等方面进行了规定，以下针对CLASS 2电源主要的电气性能要求及测试规范进行解析，为LED光源灯具用电源模块的UL认证提供相
关参考。
4、CLASS 2电源的可接触带电部件的电压限值：
UL1310标准中规定CLASS 2电源设备的输出端应提供输出软线、接线端子、绝缘引线或输出接线端子。在电源的防护罩、隔板或不用工具就可被拆卸的护具在拿走后，根据不同试针(图1)、活节探测器(图2)或可触性探测器(图3)可接触带电部件的程度，对输出端最大电压有不同的要求。在测试前需要确认无绝缘的带电部件必须固定在基板或配件表面，不
能因产生回旋或位移而导致可接受的最小间距较少，同时会引致电击危险的带电部件必须被
围起或置于减少可接触危险的地方。
4.1 CLASS 2电源外露接线端可接触的最大电压要求及测试方法：
CLASS 2外露接线端可接受的带电部件最大电压在使用探测器(图2所示)不超过25N(5.62磅)力作用下，不可有超过以下电压的带电部件触碰到探测器：1)、正弦或非正弦的交流电峰值42.4V;2)、连续直流电42.4V;3)、受相等或少于200Hz频率，约50%占空比的直流电峰值24.8V;4)、直流与交流电混合峰值42.4V;
4.2 CLASS 2电源非外露接线端可接触的带电部件的最大电压要求及测试方法：
CLASS 2电源非外露接线端可接受的带电部件最大电压为：在使用试针(图1)和活节探测器(图2)不超过4.4N(1磅)力作用下，不可有以下电路和超过电压的带电部件碰触到试针和活节探测器：1)初级电路;2)正弦或非正弦的交流电峰值42.4V;3)连续直流电60V;4)受相等或少于200Hz频率，约50%占空比的直流电峰值24.8V;5)图4所示的直流与交流电混合峰
值;
图1
图2
图3
图4
5、CLASS 2电源的最大输出电流和功率限值及测试方法：
CLASS 2电源的最大输出电流和功率分为能量固有限定电路(ENERGY LIMITING CIRCUIT)和非固有限定电路(NOT ENERGY LIMITING CIRCUIT)两种限值要求，测试的最大输出电流和输出伏安值应使用电流计和功率计来判定，在无负载调节时，测试样品须断电并冷却至室温
状态。
5.1、固有限定电源最大输出电流和功率的限值和测试方法：
能量固有限定电路是指把电源的输出限制在CLASS 2级别或限制于可接受的能量级别，带有固有限定电路的电源为固有限定电源(LPS)，固定限制电源在任何负载条件下(包括短路和标签上未注明时的输出线相互连接)的最大输出电流不能超过表1列明的数值，最大输出
功率不能大于100伏安。
同时在测试时需要注意以下情况：
1)当设备使用无保护装置的变压器时，须通电60S后测试;
2)当设备使用变压器和能量限制阻抗(如电阻、PTC装置或相似电路)或能量限制电路
保护时，须通电5S后测试;
3)当设备使用变压器和热断器、保险丝、或两者时保护时，须通电60S后测试，同时
将所有保护装置在测试期间失效;
4)当设备使用变压器、能量限制阻抗或能量限制电路和保护装置(如一个热断器、一个保险丝，或两者都用)保护时，通电5S后测试，同时须将所有的保护装置在测试期间失效;
5)当设备使用直流供电，同时使用能量限制阻抗或能量限制电路和保护装置(如一个热断器、一个保险丝，或两者都用)保护时，通电5S后测试，同时须将所有的保护装置在测试
期间失效;
5.2、非固有限定电源最大输出电流和功率的限值和测试方法：
非固有限定电源电路中无能量固有限定电路，需要有包含有限制输出能效和使输出端断电的离散性过载保护装置，输出电流和伏安限值不可超过表2所列明的数值。为判断非固有限定电源是否符合要求，主线连接到电源的设备需要提供测试电流给电阻负载，同时将设备的外表须裹上两层粗棉(炭化材料、灼热或炙热可燃的粗棉不可接受的)。
6、过载保护装置的限值及测试要求：
非固有限定设备中的过载保护装置的次级特定输出电流不可超过表3所列明的时间，测试过程中外壳不可有火焰或熔化金属物，不能引起有火灾或电击危险产生，同时过载保护装置的初级和次级绕组之间以及初级和外露不通电金属零件之间能承受介电电压测试。
7、CLASS 2电源的耐压限值及测试要求：
UL标准中的耐压测试相对于其他安规认证标准(如：IEC或EN标准)的要求偏低，但耐压测试的点比较多。UL1310规定CLASS 2电源设备能承受以下电压加在标准要求的个点之间测试一分钟而不出现击穿或拉弧现象是安全可靠的。
1)、初级电路和可触及不通电金属零件之间，初级和次级电路之间测试电压为1000Vac
加上两倍的最大额定电压;
2)、有多路输出且互联输出的设备，次级电路之间测试电压为1000Vac加上次级电压的总和;
3)、次级电路和不通电的金属零件直接按测试电压为500Vac;
4)、消除无线电干扰和抑制电弧的电容之间测试电压为1.414倍(2U+1000)的直流电势，V值是电源电压的有效值。
需要注意的是：如果电容会导致交流电有超漏时，电容应拿掉后再做交流耐压测试。
8、CLASS 2电源在LED光源产品中的应用分析：
led照明作为继白炽灯、荧光灯之后照明光源的第三次革命，节能优势明显。全球各个国家产业推进迅速，如日本的”21世纪照明”计划、韩国的”固态照明计划”、台湾的”新世纪照明光源开发计划”、中国的“半导体照明产品应用示范工程”计划，这些国家级半导体照明的规划都折射出各国对LED照明产业发展、产业经济与环境能源效益的重视。现时各国正积极推动LED照明计划当中，LED灯泡将列为优先导入照明产品;LED路灯切换计划亦如火如荼，预估2013年全球LED照明产值渗透率将进一步提升近2成。
相比，随着led照明应用市场的快速发展，包括Philips、Osram、GE、SPARK、COOPER、THORN等在内的全球LED照明知名厂商已逐渐在LED户外照明产品中尝试使用CLASS 2驱动电源。相比国内LED照明厂商——基于LED光源产品标准缺失、灯具集成技术及驱动电源设备技术要求较高、CLASS 2驱动电源较传统驱动电源成本弱势等客观因素，真正在LED户外照明产品中应用CLASS 2电源驱动的企业尚属少数。
9、小结：
LED驱动电源 篇3
摘 要：根据LED驱动电源设计要求，对设计方案进行合理论证，前级功率因素校正采用升压型斩波电路，控制芯片采用仙童公司的FAN7527，后级采用隔离式单端反激电路实现降压型DC/DC变换，控制芯片为TI公司的UC3843；此外为满足LED驱动电源恒流输出特性，设计中采用AP4310设计一个恒流限压控制器。基于以上结构，完成一款实验样机，通过测试和分析，实验波形与理论波形基本一致，完成本次设计要求的性能指标。
关键词：LED DC/DC变换；功率因素；UC3843；恒流
中图分类号：TM46 文献标识码：A
Abstract：According to the design requirements of LED Current drirer， this design plan for a reasonable argument. The first stage power of factor correction adopted boost chopper circuit and its control chip is Fairchild's FAN7527. Isolated singleended flyback circuit buck type DC/DC converter was used as the second stage and its controller chips is TI's UC3843. In addition， to meet the output characteristics of constant current ，AP4310 was designed as constant current controller. Based on the above structure， experimental prototype of LED driver was realized. Through testing and analysis， experimental waveforms were consistent with the theoretical waveform and the proposed LED driver meets the design requirements.
Key words：LED DC / DC conversion；power factor correction；UC3843；constant current
1 引 言
近年来，能源危机使世界各国开始关注绿色节能照明问题，新型光源也应运而生。发光二极管（Lighting Emitting Diode，LED）具有高效、节能、无污染、模拟自然光等优点，在最近几年得到快速发展，逐渐成为照明市场的主流，世界各国政府和公司已投入大量资金用于白光LED的开发和推广。LED主要可应用于信号指示、装饰照明、景观照明，家具照明、路灯等，不同应用场合的照明必须设计对应的驱动电源才能满足需求[1-3]。
由于LED自身的伏安特性及温度特性，对驱动电源的要求非常高，必须研发可靠、稳定的驱动器与之匹配[4-5]。通常，对于LED驱动器的基本要求有：高功率因素（Power Factor Corrector，PFC），高效率，恒流控制等，本文选用最新应用控制芯片，通过合理的外围电路设计，完成了一款LED驱动电源。
2 方案论证
LED驱动电源设计中，通常采用桥式整流和电解电容滤波电路来实现AC/DC变换，为下级变换器提供直流电。由于整流二极管具有单向导电性，只有在正向偏置时才会导通，也就是交流输入电压的半个周期中，只有交流电压峰值高于电解电容电压整流二极管才会导通。因此，在交流电压的半个周期内，每对二极管的导通角往往只有60o-70o。虽然交流输入电压仍然能保持正弦，但输入电流却出现严重畸变，呈幅度很高的尖峰状脉冲，从而导致系统功率因素很低，一般仅有0.5-0.6，影响电源的利用率，对电能造成巨大浪费。此外，输入端产生的谐波电流也会对电网造成污染，影响电能质量和供电品质，同时也会对系统中其它电子设备产生干扰[6]。
美国能源部于2008年10月发布的固态照明光源“能源之星”规范要求：任何功率等驱动电源都需要强制进行功率因数校正；住宅应用LED灯具的功率因素>0.7，商业用LED灯具的功率因素>0.9。因此在本设计中首先应考虑功率因素校正环节。典型功率因素校正方式有无源PFC和有源PFC两种类型。无源PFC电路只使用二极管、电阻、电容和电感等无源元件，拓扑简单、成本低，但功率因素校正效果较差。实际LED驱动电源中较多采用有源PFC，有源功率因素校正技术是利用集成电路使电流波形主动跟随电压波形从而达到功率因素校正的目的，按电路拓扑结构可以分成降压式、升/降压式、反激式、升压式四种，本文选用比较成熟的是Boost升压式电路结构。
在直流供电方面，LED驱动电源按照驱动方式主要可以分为四类：电阻限流控制、线性控制、电荷泵变换器以及开关变换器等。开关变换器效率高、控制精准，可以实现宽范围的电压/电流控制，非常适合大功率多串式LED 的控制。其中典型降压型DC/DC变换有：非隔离降压型（Buck）、反激式拓扑、半桥拓扑。非隔离降压型一般应用在1-10W场合；反激式一般用在25W-100W左右场合；100W以上一般选用半桥拓扑，本文根据功率等级选择反激式隔离降压变换器[6]。
此外，为了保证LED光源稳定性及可调性，需要了解其基本电气特性，如图1所示为LED光通量与其正向电流、正向电压的关系曲线[7]。从图中可看到，LED的光通量仅取决于驱动电流的大小，LED 两端的电压近似为恒值。由此可知，LED 需要采用恒流控制，通过调节电流大小来调节 LED 的输出光通量。
3.1 PFC电路设计
PFC电路设计采用了升压型斩波电路，控制环节主要由仙童公司功率因素校正控制芯片FAN7527完成，电路设计如图3所示。输出电压经R4、R5电阻分压进入1号脚，芯片内部调节器输出与3脚输入的半波电压瞬时值相乘，乘法器输出作为电感参考电流指令，与4脚输入电流瞬时值比较，当输入电流值大于乘法器输出时，输出电平翻转，RS触发器置“0”，该电平由7脚输出，关断开关管。因此，乘法器输出电流即为通过开关管的电流的门限值，该门限值随输入电压的变化而近似呈正弦规律变化。当开光管关断后，变压器L2电流慢慢减小，当电流接近零时，又导致引脚5过零比较器的输出翻转，将RS触发器置“1”，开关管导通，电感电流增大。重复上面的过程，电流波形接近正弦波，从而达到功率因素校正的目的。
3.2 DC/DC直流变换电路设计
本级设计选用UC3843作为控制芯片，UC3843是高性能固定频率电流模式控制器，具有可微调的振荡器、精确的占空比控制、高增益误差放大器、大电流图腾式输出等优点，专为反激式DC/DC变换器应用而设置，只需很少外部元件就能获得成本效益高的解决方案，其外围电路设计如图4所示。变换器开关频率由R9、C12决定。反馈信号通过电阻R10、R11进入2脚，通过芯片内容高增益误差放大器构成控制环节，调节6脚输出占空比大小。开关管电流通过R13进行采样进入引脚3，当流过开关管电流超过给定值时，关断开关管。
3.3 恒流限压控制电路设计
如前所述，LED驱动电源必须采用恒流方式。恒流控制的方式很多，此处主要利用AP4310作为主控芯片，来实现恒流限压输出，AP4310内部结构主要是由2个运放组成，如图5所示。AP4310的3号引脚自带一个2.5V的基准电压（第一个运放的正向输入端），通过R20、R21输出电压采样反向输入端（2号引脚），该运放构成电压控制环，当方向输入电压过2.5V，输出端为低，这样反馈信号从光耦通过二极管D8到运放1的输出端，从而实现限压功能。同理，运放2用于调节电流，其同相端的参考电压值由R22、R23决定，反向输入端为从R16采样电流反馈的电压值，当过流时，其反相端电压超过同相，运放输出低电位，从而使光耦通过二极管D9导通，反馈到开关模块进行调节电流。
4 实验测试
根据以上设计电路，在实验室制作了一款LED驱动电源，实物图片如图6所示。
功率因素校正部分实验结果如图7和图8所示。图7为PFC电路电感电流和PWM驱动波形，图8 PFC电路电感电流和输出交流电压波形，通过图中可看出输入电流呈正弦，与输入电压相位接近，系统功率因素较整流电路有较大提高。
后级反激式DC/DC电路波形如图9和图10所示。图9中频率为71KHZ，占空比为36.49%。图8为样机输出电压和电流波形。
从以上波形可看出，设计的LED 驱动电源能较好的完成功率因素校正和恒流输出驱动LED发光的功能。
5 总 结
本次设计根据LED的驱动电源设计要求和，对从功率因素和电路能量变换角度确定了电路拓扑结构；在此基础上，设计了一款高功率因素的LED恒流驱动电源，通过实验验证了LED驱动电路的有效性。
参考文献
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低功耗LED驱动电源设计 篇4
随着技术的进步和发展, LED工厂制造成本在不断地降低, 而不断地提升LED发光效率, LED已经加快替代传统照明。今后我国LED照明市场将会继续以更快的速度增长。随着电子产业发展、芯片集成化, 那么要求驱动电源功耗更加低, 因此LED产品研发企业对各种元器件提出了低功耗要求。目前, 随着单颗LED芯片功率与亮度等不断提升, 在散热技术不断优化的前提下, 半导体照明产品供应商都在积极开发更具优势的低功耗LED产品, 低功耗已成为市场卖点, LED则要使用相应的拓扑结构来进行配合。一般来说, 决定使用哪个LED拓扑结构的, 通常是输入电压、输出电压和隔离需求等因素。在输出输入电压不稳定的情况下, 使用降压或着升压的方法来应对是正确的选择。但是当输入输出电压处于较为稳定的情况下时, 选择机会变得比较困难, 所以希望通过本篇, 能够帮助大家积累这方面的知识, 同时本论文详细介绍低功耗LED驱动器的设计方法。
1 拓扑结构选择
LED照明电路的设计并不算难, 但是拓扑电路的选择往往会成为一个比较让人头疼的问题。在LED驱动电路当中, 经常会有变压的交流转换成直流电源, 其中包含了flyback converter、forward converter及half-bridge等拓扑结构。 其中凡是功率不超过30W, 我们都选flyback converter, 而超过30W则选用half-bridge。如果变压器采用隔离的话, 具体的大小是和它的频率f有关系, 一般是隔离型的LED电源, 我们基本上采用高频开关变压器。
图1是设计当中比较常见的一些直流驱动方式。这种方式和其他的方法来比较, 设计更加容易、成本更加低, 并且最大的特点是不受到EMC的干扰, 但也有不足, 就是需要稳定的电压、可靠的LED灯珠, 并且要求能效也很低。采用直流-直流的电源驱动, 在LED照明市场中, LED驱动方法有3种: (1) 有电阻型; (2) 线性稳压器; (3) 开关稳压器等, 在第一种驱动方式中, 改变与LED串联的电流检测电阻大小, 即可改变LED的正向电流, 第二种方式同样易于设计并且不会产生EMC问题, 还使电流稳定及过流时可以保护功能, 且可以设置外部电流点, 缺点在功耗大, 及输入电压要一定高于正向的电压, 且能效非常低。第三种方式是通过脉宽调制模块, 可以控制开关 (FET) 的开和关, 进而改变电流的大小。目前的LED驱动方式有下列5种拓扑类型:1) buck-mode;2) boost-mode;3) buck-boostmode;4) SEPIC和5) flyback-mode拓扑。
在图2 当中给出了三种比较常见的拓扑结构, 前两个为降压型, 最后一个为升压型。最前面的示意图所显示的buck稳压器要求:输出电压总体不超过输入电压的条件。在图中, buck稳压器会通过改变开关管的开启时间来改变电流大小。检测电流可通过检测电阻器两端的电压得到, 其中电阻器和LED是串联在一起。对于这种方式, 如何驱动开关是一个大的难题。如果使用需要浮动栅极驱动的N通道MOSFET, 那性价比会高很多, 不过需要一个驱动电源或浮动驱动模块。
但是这种方法实现会有一些缺点, 电流会比较高。如, 输入电压正好等于输入电压, 电感和电源高频开关产生的电流是两倍的输出电流。这是对效率和功耗非常不利。通常情况下, 图3 中的“buck或boost”拓扑将避免出现类似这些问题。在该电路中, buck功率级之后是一个boost。如果输入电压>输出电压, 则在升压级刚好有电流时, 降压级会控制电压。如果输入电压<输出电压, 则升压级会进行控制而降压级则通电。一般情况下, 我们让升压和降压存在一些重合区, 因此静电就不会产生 (从一个模型变成另一模型) 。
这种电路的优势, 就是当输入等于输出的电压时, 开关和电感器高频开关产生的电流也等于输出电流。电感纹波电流也很小。即使这种电路中有四个电源开关, 一般驱动效率也会大幅提高, 在LED应用中这一点非常重要。图3 中还显示了SEPIC拓扑, 此类拓扑对于场效应管要求较低, 但需要无源器件很多。它的优势在于场效应管接地简单。另外, 可将双电感合并成为一个耦合电感中, 用来大幅节省空间和成本。但是buck-boost拓扑一样, 它具有比“buck或boost”和PMW输出电流很高的开关电流, 这样导致RMS电流流过电容器电流很大。
在考虑降低功耗的基础上, 所有的提升效率就都是把安全排第一, 通常来说都会将输入和输出进行隔离。在LED照明市场中, 最具优势的解决方案是flyback-mode。它需要隔离拓扑的组件数非常少。变压器匝比可设计为buck、boost或buck-boost, 这样就使设计更加灵活。 但其缺点是要定制电源变压器。此外, 存在很大的应力在场效应管以及输入和输出电容器之间。在LED照明市场中, 为了实现功率因数校正功能, 可以使用较慢的反馈控制环路。通过改变平均LED电流大小, 来使输入电压同相的输入电流大小相等, 便可得PF值较大。
2 IC驱动芯片
当选反激式拓扑结构时, 我们可以选择SSL2101 芯片, 因为它元器件集成度较高, 外部的元件数量较少, 占电路板空间较小, 性价比较高, 为照明系统设计师设计高能效系统提供了关键硬件, 适合做反激式拓扑结构。下面我们举例SSL2101, 芯片SSL2101 实际上是一款低功耗的转换器和多芯片组件 (MCM:Multi - Chip Module) 切换式电源 (SMPS: Switching Mode Power Supply) 控制器。
SSL2101 应用LED驱动电源中的优点:
1内部集成了MOS, 降低了成本;2优化了MOS关闭时间, 降低损耗;3分压MOS和比较器使外部元件数量和尺寸减小;4MOS的智能分压作用降低功耗, 提升效率;5导热好, 降低功耗, 延长了使用时间。
3 关键元器件设计与计算
从图5 中可以看到, 这种拓扑结构为常用的反激电路, 它包含1滤波电路, 2RC震荡器电路, 3整流电路, 4VCC电源电路, 5检测电路, 6 调光电路, 7 母线电路8输出电路。下面介绍:
3.1 滤波电路:滤波电路的作用是提供过流和过压保护功能, 为电网总线进行整流。保护通过保险丝断开来实现, 只要熔丝或电流超过额定值。采用熔丝应该选熔断电流值较大, 并且能够承受浪涌。根据经验, 通常选用1~1.5A熔断电流。如熔阻器的阻值可以计算, 可按下式:
本论文以总电流为20A, 总电压为220 V (50Hz) ±20%, VAC ( max) =264V计算, 得R1=14.5, 取最接近标称值15。R1的功耗必须连续, 才能按下计算:
式中Ccrestfactor时计算系数, 为电流的均方根值除以平均值。本论文以总线电压220 V, Ptot=14W, R1=15 , Ccrestfactor=3.5 计, 得PR1=290m W。加入C1=390p F, L1=1.9m H用来增加滤波, 并且可以防止输入电压尖峰的保护功能。通过4 个整流二极管D1-D4 的PK电流可按下式计算:
本例总线电压以220 V (50Hz) ±20%, R12=300 , R1=15, R4=1 计, 得PK电流为2A。
3.2 RC震荡器电路:变压器输入功率是可以控制的, 其大小通过转换器和RC最高频率来计算得到。输出和辅助电路的功耗及变压器功耗总的加起来就等于变压器输入功率。按下式可以将变压器的初级电感计算出来:
Lp=变压器初级电感;Ip (peak) =初级电流峰值;Pin (trans) =变压器输入功率;fconv (nom) =变换器标称频率。
Lp=变压器初级绕组电感;Cp=变压器初级电容。
另外, 变压器的主边电容不仅由主绕组, 还由场效应管的漏极、缓冲二极管和整流二极管除, 由变压器原边和副边的线圈匝比来控制:
因此在最低电压下出现副边关闭后:
转换期的额定频率的周期则为 (δT+δ2T) =9Us, 在检测最低电压时, 通常时间为9.5μs, 从而可以看出转换期的频率应该为101k Hz。
转换期的振荡频率是由电阻R9 和电容C7 并联构成。当给电容一直上电至VRC ( max) =2.1V, 放电到VRC ( min) =68m V。电容上电时间非常快, 约1μs;放电时间非常长, 通常放电时间我们按照tdischarge=3.5×rc时间常数计算。它的值可以通过这个公式计算:
按照这个方法我们可以出R9 于C7 的值。因为场效应管的漏极电压会对RC振荡器又比较大影响, 谐振电容C7选择最好是>300p F;如果要提升效率的话, C7 尽量选<1n F。
本论文是采用额定频率为101k Hz来算, 并规定RC时间常数为1.88μs, 另外需要接R9=2.7k和C7=470p F通过以上计算可到满足要求。
减小RC谐振频率可以实现dimming。R8 与R9 的比值控制频率变化的范围。考虑到控制定时容差, R8 最好是<150k。如果dimming从1%~95%, RC谐振频率需要从101k Hz降至5k Hz, 对应的R8 则为95k, 典型的电阻值是100k。
3.3 整流电路:它是有阻尼D5 和D4 整流二极管组成, 我们可以通过以下计算得到:
Vzener=VDRAIN (max) -Vbuff (max) -25;Vzener=SSL2101 内部集成功率MOS管的击穿电压;VDRAIN ( max) =最高漏极电压, 约600V;Vzener=600-384-25=191V。因此这个D二极管可以选200V。
3.4 VCC电源电路:它是由c6, D7、电阻R5 和齐纳保护二极管D8 构成, 从而从集成电源vcc供电, 它的大小由主边和副边线圈匝边来决定, 同时也会受最低频率影响:
m=次级与辅助绕组匝比;Na=辅助绕组匝数;Ns=次级绕组匝数;Vaux=辅助绕组两端产生的电压;VD6=次级绕组两端产生的电压;Vled=LED灯链两端的电压。
本论文d8 选用80v二极管, VAux=30V。因此得到Vled=5×5=25V, VD6=0.7V, 则m=30/ (25+0.7) = 0.9, 由此可以知道, 如果副边匝数NS=47 时, 辅助绕组NAUX=0.9×47=45。通过以下公式计算得到R5 的值:
限流二极管D7 选择正向电流和反向电压比较大的, 开关速度可以根据工作频率来选择, 变压器主边和副边匝数比、缓冲电路中最高电压决定选择不同的反向电压值:
论文IVCC=3m A, 如果纹波电压 ΔVCC=150m V, fmin=5k Hz, 则C6=0.003/ (0.15×5000) =4μF。
3.5 检测电路:检测电路是用来调光电流大小和改变调光倍率用的。比较低的负载需要比较高的分压值。对于此芯片来讲, 当强分压的引脚电压<52Vin ( Sbleeder) 时, 就会打开开关。对于LED使用了调光器来说, 通常会选强分压电阻R10 为2。维持电流一般是弱分压。只要电流下降到250m V的Vin ( low) Isence以下时, 就会关闭分压开关;当电流通过时, 电压一直升到Vin ( High) Isence以上时, 就会重新打开开关。
3.6 调光电路:母线总电压和平均电容决定了调光大小。当电压降到输入与芯片PWM限定管脚的电压时。两个端电压会出现平衡, 因为芯片PWM限定管脚电压, 经过变压器的PK电流值会变小, 因此可以去掉一些噪音。
3.7 母线电路:母线电路保护1 个电感和2 个电容, 有两个作用:1为了保证电流的连续性, 有储藏能量功能;2减小纹波电压。但是必须满足缓冲电路电压最小值:
缓冲电路中电压从max值一直降到最小, 电容的放电时间可以从以下公式计算出来:
fnet=电网总线频率;
母线电压为220V (50Hz) , 缓冲电路电压最小值190V, 计算得电容放电时间为6.8ms。缓冲电路总电容可以根据以下公式计算出来:
论文中fconv=101k Hz, C3=C4=1.5μF, 从而L2=150μH。
3.8输出电路设计:转换器中的能量都存在电感和电容的谐振回路中。变压器主边两端加有钳位以防止芯片内置场效应管在关断瞬间, 漏极出现高电压, 大电流。LED输出电流大小和输出路数决定输出的元器件数量。可以通过调节缓冲电路中的C5来调节输出电流:
Iled=流经LED灯链的电流;ΔI=LED灯链电流的变化;fconv ( nom) =功率变换器标称频率;R=LED灯链的串联电阻。
如果输出电路里有20 个正向电压VF=3V的LED, 输出300m A电流, 可以承受20%纹波, 当额定频率为50k H时, 输出电压电压为20×3=60V。根据LM80 报告可以得到, 每个LED在300m A的微分电阻为0.5, 这样可以计算出总的电流为20 ×0.5 =10, 从而得到电容C5 =20 ×1/ (100000×5) =40μF。
为了减小变压器原边和副边的寄生电容, 同时可以消除原边, 副边分别和地之间的寄生电容, 我们接入C9, 它的大小远远高于这些寄生电容。根据以前实践的结果, 寄生电容值通常为50-150Pf, C9 最好取1Nf。
至此, 全部电路元件和相关电参数设计均已计算。
4结论
通过以上计算和设计, 可以使LED设计更加简单, 通过准确计算可以让工程师选择元器件参数更加方便, 避免研发工程师去摸索拓扑结构, 选择不同的芯片方案, 花很长时间调试, 从而缩短研发周期, 提高研发效率, 另外由于集成度高, 成本也可以降低。由于在撰写本设计论文的准备和时间上的仓促, 本次只能在设计低功耗LED原理和关键器件上做了论述, 未考虑设计中的风险评估和测试认证做详细的阐述。本论文的设计思想和方法都是现有的, 可行性和可靠性在量产中得到验证, 是一款成熟低功耗调光LED产品。
参考文献
[1]李金伴, 李捷辉, 李捷明.开关电源技术[M].北京:化学工业出版社, 2006.
[2]张培忠, 李雄杰.实用电源分析设计与制作[M].北京:电子工业出版社, 2015.
LED驱动电源 篇5
由于LED产业巨大的经济效益和社会效益，世界主要发达国家和地区纷纷制定了发展计划，发动了列国和地区研发、投资力度的连续加大，推动了LED产业的快速发展。中国也以积极的姿势投进到这一产业卖中，并且获得相当的成绩。
一、LED产品正在国内市场的发展情况
1、政策层面
2003年6月科技部联合、建设部等部分发动“国家半导体照明工程”后，国家相关部门、行业和地方政府非常重看LED产业的发展。
2004年，上海、大连、厦门、南昌4个都市已被设为国家半导体照明产业化基地，上海已把半导体照明作为一项支柱产业的核心内容。
2006年初，国务院雄布了《国家中恒久科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》，“高效节能、长命命的半导体照明产品”被列进中恒久规划第一重点领域（动力）的第一优先主题（产业节能），我国LED产业正正在进进自主创新、完成跨越式发展的严重历史机遇期。
2007年7月，国务院办雄厅下发《国务院办雄厅关于建立政府强制采购节能产品制度的报告》，将节能减排的大旗高高举起并且保持到如今。
2008年4月，财务部、国家发展改革委召开了全国高效照明产品推行劳动会议，国家财务补贴节能灯劳动正式开展。
2008年12月，中国国家发展和改革委员会，为加快促进节能减排，逐步淘汰白炽灯，加快推行节能灯，发展改革委已发动《中国逐步淘汰白炽灯、加快推行节能灯行径计划》体例劳动，节能劳动进一步落实。
2009年1月轻产业三年双兴规划草案提交提出，将来三年，轻产业双兴将以食品、家电、造纸、塑料、皮革、五金、电池、照明电器、洗濯、轻工配备等行业为双兴重点，兼顾其他行业的重点品牌企业。照明电器作为双兴重点，再次吸收到业内人士的关注、点燃照明行业双苏的希瞧。
2、技术层面
国内LED产业正在胀励科技创新政策的推动下，技术创新能力逐步加强，已出现了一批自主创新的企业，包袱了一批芯片、封装、太阳能LED应用、LED特种产业照明等领域的国家级科研项目和示范工程，参与了国家准则制定，正在功率型封装、太阳能LED应用、全彩显现屏、LED特种产业照明应用等领域已处于国内守旧程度。
但受传统瞧念的影响，多数企业还将技术创新瞧作是清真的经济行为。很多照明企业的技术创新还只是中止正在引进新产品和引用新技术的层面。有些照明企业固然外貌上都了解创新的重要，但急功近利，另外企业有新产品上市便群起而仿效之，而正在进行自主创新时，往往显得动力不敷。
就深圳LED企业而言，应用产品企业、封装企业、配套企业各约占33%，外延芯片等中上游企业约占1%。所以国内LED产业实业质的奔腾还有其不可跨越的瓶颈存正在，LED产业固然已组成了较完好的产业链，但企业主要位于产业链的中、下游，以封装和种种LED应用为主，正在LED衬底、外延、芯片环节相比单薄，处于价值链浅笑曲线的两头部分，产品附加值恰恰低。并且大多数企业还处于以生产加工为主的阶段，技术支撑不敷，研发投进较少，研发能力间隔国际程度差距大。正在2009为至的1121件LED恳求专利中，创造342件，占30.5%，实用新型581件，占51.8%，外瞧设想198件，占17.7%。专利恳求以实用新型居多，创造以二次开发为主，原创创造比重不高，核心技术专利受控于日、美、欧等国家和地区，存正在专利危害。与此同时，LED产业的全国和深圳准则尚未出台，倒霉于LED产品推行。
二、LED的应用领域的情况
1、显现屏
其发展可简略分为以下几个阶段：1990年到1995年，主要是单色和16级双色图文屏；1995年到1999年，出现了64级、256级灰度的双基色看频屏；1999年开端，红、清绿、清蓝LED管大量涌进中国，同时国内企业进行了深进的研发劳动，使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显现屏被广泛应用，到2005年为至，LED显现屏的主要制造厂商集中正在日本、北美等地，我国LED制造厂商出口的份额正在其中微乎其微。国内全彩色市场也逐步被划分为三个档次，第一档为巴可、松下等国际着名企业生产的高等产品；第二档为国内大型企业研制的接纳日亚高质量LED生产的产品；第三档为接纳我国生产的LED制作的显现屏。这三种档次的LED显现屏正在价格和功能上也存正在着较大区别。
尽相比而言，显现屏市场经过十几年的发展和相关政策的出台已经尽对完善格式（1998年1月原电子部正式发施舍行《LED显现屏通用规范》作为电子行业准则。2003年，《LED显现屏测试要领》作为行业准则正式雄布，同时，《LED显现屏通用规范》也正在变动后重新雄布），短期内不会出现大的变动。微幅调解只中止正在价格竞争、工艺熟练程度、市场份额占有率上。
2、照明灯具
照明市场是一个量多面广的庞大市场，它遍布人类生活的各个方面。随着LED能的进步和价格的降落，半导体照明光源将逐步取代传统光源。如有一种大概的说法是，从2002年起，LED能要进步6倍到8倍，而按美元/klm算，LED本钱要降落100倍，也就是说，半导体照明光源的本钱要与白炽灯本钱相当，才华取代传统光源。固然大概，但是从直瞧的角度阐明了目前LED照明推行中的标题要害所正在。
就目前的照明产品而言，可以从它的长命命、防潮、耐振动特起程，可开发的有建筑照明、景瞧灯具、水底投射灯具、广告投光灯具、车辆灯具和交通讯号灯；从省电、重量轻、体积小的特起程，可开
发室内照明灯、博物馆投射灯、安定出口标志灯、手电筒；从聚光好等特起程，可开发薄形灯具、小台灯、广告灯箱、舞台灯和煤矿灯；从低电压、快速驱动特起程，可开发手电筒、维修灯、埋地灯、草坪灯和水中灯；从简略波长高亮度特起程，可开发交通讯号灯、门路警示灯、妨碍灯和刹车灯等。
LED路灯设想的要害技术正在于光效、光型、光衰、寿命4点。正在推行中还存正在不可回避的标题：首先是LED自己能目标上难满足请求，大功率LED散热零碎欠完善使LED灯光衰快，寿命不达标，LED的光学零碎尚不可熟，光照不克满足门路和隧道照明准则;其次是LED的配套控制电路可靠太低，冷却零碎太贵，效率不高，短缺合适的优异配光能的灯具；其次没有一致准则，各家产品各不相反，无互换，维修困难，本钱奋发。特别是驱动电路不一致。最后是整个LED照明零碎的本钱太高，也为推行添加一定的难度。
LED用作汽车主刹车灯时的呼应光 比传统的白炽灯要快80ns，正在高速雄路上行驶会添加4米到6米的安定间隔。同时LED良好的抗震能、节电、绿色环保等特，汽车照明、灯饰等的应用也会有良好发展。目前国内外很多品牌的汽车制造商已经正在开端接纳LED刹车灯、仪表灯和照明灯。
从以上可以瞧出LED灯具市场同时存正在利好与否的差别信号，但是一个总的偏向是稳定的－－它是一个朝阳产业。一方面是LED自己价比连续进步、要害技术日趋老练，本钱降落成为一定的趋向；二次配光和散热等钻研已惹起厂家更多的重看并获得开端后果；另一方面是节能、环保、绿色的大潮流不可逆转，因此具有政府支撑的大好远景；同时，个别主流企业把LED路灯作为本人的主业，加强科技投进，并获得了可瞧的工程经验。
三、LED电源市场
http:///SEARCH/WENZHANG/%E6%97%A0%E6%BA%90%E5%85%83%E4%BB%B6.HTM1、屏电源
LED显现屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设想的，原理相比简略，价格便宜，产品的技术开放相比强。通用IC设想的驱动电路正在室内外单色、双基色显现屏方面应用老练，目前仍然是主流的驱动电路。近年恒流驱动IC的发展较快并遭到重看和广泛应用。恒流驱动技术凭据LED器件的发光与驱动电流高度相关的特，大大进步了LED显现的均匀，同时，减少了显现驱动电路的阻容元件，降低了阻碍点，使LED显现屏更可靠、亮丽。
LED显现屏专用的IC正在国内外连续遭到关注。2003年开端，国外的IC制造商相继推出一些用于LED显现的专用IC驱动芯片，如TI雄司推出的LED Driver等，这类芯片对本来通用驱动IC的集成度进行了进步，使显现屏的驱动电路设想简捷方便，功能上也有所进步，但同时本钱也相应添加。
国内外LED显现屏制造商纷纷投进气力，研制开发设想合适本人产品发展需求的大规模或超大规模专用LED驱动电路。这类专用IC尽对双杂，功能较强。LED专用驱动IC简化了显现屏零碎设想的双杂程度，正在一定程度上加强了显现屏的功能，进步了全体的颠簸，具有积极的意义。但是，也该卖瞧到，我国各个LED制造商设想开发的LED专用驱动IC基本上是自用，批量规模不敷，导致产品的开放差，另外，过火追求一些实践意义不大的功能的设想，从价值本钱方面分析也不尽雄道。使原本波灡不惊的显现屏电源市场又翻起丝丝暗潮，但是总的来说，这种变动也只是正在和国际准则还没有完整接规前的一朵浪花罢了。
2、LED照明电源
LED照明和景瞧灯饰的应用市场远景可瞧，但是正在应用中，MR11/MR16、粉饰灯、洗墙等、草坪灯、泛光灯等，该类LED灯LED驱动IC要具备良好的能，高集成度Buck DC-DC + Constant current；电源的输进电压范畴为DC 45V，电流约为1000-1450mA，为包管LED不会出现色彩恰恰移，请求输出电流连续维持恒定，这样也不会出现LED闪烁景象；LED驱动IC的自己功耗要尽可能的小，正在考虑封装时，要注重到散热正在实践应用中的突出标题；最后是如何使LED灯产品能成功经过CE、UL和FCC的认定，进步驱动IC抗EMI、噪声等标题。固然以上目标正在规定的推选值内，小幅度电流颠簸不会掩护LED，做到高精度恒流很超卓完成，正在设想时高效率、小体积、断尽方式、恒流精度设想都不是标题。但是，仍有LED的驱动IC正在技术方面的一些要素 着其发展速度。对付LED驱动技术来说，面临的主要挑战：LED驱动器高效率是要害，特别是正在驱动HB LED时，由于一切未作为光输出的功率都转化成热量能耗，如何解决LED和驱动IC的散热标题；大调光比高效率地对LED调光，同时正在高和低亮度时维持LED的色彩特稳定等。
这些存正在的标题固然已经有交换方案可以解决，但是取决于本钱与挑选合适的元器件，这也是质量的要害。如何挑选和所走产品路线关系密切，怎样满足客户实践需求同时留出本人雄道利润，解决售后办事这一相信的要害标题成为实践中探究的新命题。
四、关于LED电源切进点和方式的开端考虑
品牌是一种无形资产与一个企业的有形资产尽相比就像人的身体和灵魂与肉体。只要身上的灵魂才华让肉体焕发青春活力的一样，也只要连续追求更好的品牌熟悉才华才华让整个团队更好的走合作、走争取。
治理是基础、质量是本质、办事是支撑、创新是活力、雄关左膀、广告是右臂、抽象是脸面、文化是依托，以上多方面以致是整个的优良才华称之为成功的品牌。
一个行业不可能每个雄司都能做制品牌，那样也就不存正在所谓的品牌，但是任何一个成功的品牌都是全以上一切的角度至多多个角度走勤奋的。竞争敌手实力的相比也是这些点组成的线，线组成的面之间的相比。
所以，建议从以上几点起程联合雄司自己的实践情况进行产品卖点的整合。
以下几条消息可能会给我们一些启迪：
1、目前我国的照明产品产量是世界第一，每年130亿只的光源输出到国内外，但是没有几个品牌能喊响全国，更没有世界品牌的存正在。品牌建设经验短缺、品牌理念未老练、品牌建设行径夭折——无不是目前中国照明行业正在品牌建设过程中面临的标题。作甚品牌?如何打造本人的品牌?如何保持本人的品牌之路?如何构制品牌的悠久生命力?这些是中国照明企业正在2009一定要考虑的标题。卖三雄极光、欧普、雷士等照明企业正在广州国际照明展览会品牌馆走出并且日益喊响本人的品牌；卖更多实力企业经过阿拉丁照明网网上展厅组成网络影响力的时分，也以给更多的中国照明企业品牌建设提供了可资鉴戒的捷径——借力推手、广用资源不失为高效的手法。
2、近日，对多家照明企业进行的问卷察看显现，85%的企业表示2009年会全面开辟国内市场，有30%的企业表示会缩减国外市场的投进。非通常以前连续重点发展外销的企业，如今也表示要朝零碎化、规模化的偏向发展，务求让内销开端进进全体运作的形态。兼我国政府、各大省份以及都市纷纷出台扶持政策，计划大肆投资基建工程项目，以此拉动内需。因此内销市场必将成为照明兵家热争之地。瞄准国内市场、制定相应的竞争计谋，不打无预备之仗正在2009年的照明行业尤为重要。
3、2009年的照明产品正在追求新鲜化与差同化的同时，照明企业更多考虑，研发生产出与门路照明、商场照明、景瞧照明相婚配的产品。工程渠道将正在2009年景为主流，这已是不容质疑的定论，自2007年建设初期就喊响“工程照明分析办事商”的阿拉丁照明网站正在行业门户媒体角度一路关注工程领域，瞧到其兴起、感觉其发展、更促动其过程。
4、2009年，很多照明企业都下定了异常一个决心：要开辟隐形渠道。开辟的方式多样，但是走设想师渠道，重点专注家装雄司、工程师、设想院及建材等工程领域，与家具、陶瓷和家纺相关行业达到跨行业交换——打进工程领域、扩张市场覆盖面成为有战略眼光的照明企业共赞同识到的标题。
4、仅仅以国家扶持政策出台为例——照明企业想正在国家扶持政策、资金补助等措施下受益，需求具备一定的天分和条件，前期的材料预备和实力展垫必不可少。一言以概之：机会总是留给有预备的人。了解政策、紧跟行业、齐备自我——这一切都是“有预备”的具体注释，中国照明企业2009年的希瞧将正在具体可行的践行中愈来愈明确。
LED驱动电源 篇6
随着LED各项性能参数的不断提升，应用领域更加多样化，照明市场逐步兴起。但由于通用照明市场更偏向使用暖白光产品，目前受到暖白光产品发光效率、产品价格等多方面因素的限制，LED通用照明产品短期内无法进入商用。而LED路灯由于对于产品价格的敏感度低于通用照明产品，并且使用冷白光产品即可，考虑到采用LED产品能够在很大程度上降低能源消耗，非常符合现阶段国家节能减排的发展方向，LED路灯成为各地政府的关注亮点。
下游LED路灯市场规模巨大
LED路灯驱动电源属于新兴的细分子行业，目前尚无权威统计资料，但其市场规模和趋势分析可通过其下游来推断。
2007～2008年LED路灯的市场规模一直较小，根据国家半导体照明工程研发及产业联盟统计，截至2009年2月底，全国共安装和使用LED路灯15万盏左右。
2009年，在政府的大力扶持下，热潮掀起。高工LED产业研究中心对LED路灯厂家进行了走访，据其统计，2009年“十城万盏”的21个试点城市中, 已经安装的LED路灯 (含隧道灯) 大约为22.2万盏。其中潍坊3.5万、重庆2.5万、武汉2.8万、扬州1.5万, 四座城市的装灯量之和为10.3万, 占总量近一半。2009年多数城市仍处于工程试点阶段, 预计明后年将大规模铺开。
按照各市的相关规划, 预计到2009-2011年21城的LED路灯安装数量将达到112万盏。那时很多大城市开始大规模装灯, 装灯较多的城市有深圳、潍坊、上海、天津、重庆、西安等。这六座城市的装灯量达到54万盏, 约占总数的一半。届时北京、广州、佛山、苏州、惠州等21城以外的城市也将开始大规模装灯, 预计总的装灯量有望达到150万盏。
据全国路灯行业统计，2009年，中国道路照明市场达2800万盏路灯，每年约新增及更换路灯达300万～400万盏，创造出庞大的LED路灯市场。拓墣产业研究所预测，2009年LED路灯比2008年增长178%，以每座LED路灯平均价格65美元估算，预计2009年产值达16.25亿美元，并预期2011年LED路灯安装达800多万盏，渗透率8.5%。
除LED路灯外，LED隧道灯、地铁照明、加油站及地下停车场照明等所需大功率LED灯的数量也有几百万盏。比如2009年LED隧道灯销售额及销售量剧增，市场规模为1.6亿元，相比2008年的4千万元，增幅为300%.中国大陆LED隧道灯销售量约为8万套，合同总值约为1.6亿元，相比2008年，销售量增幅为433%, 市场规模增幅为300%, 2009年LED隧道灯市场分布区域进一步扩大，十多个省、市自治区已经开始应用或推广LED隧道灯。
根据LED路灯驱动电源下游发展状况，高工在线对2007-2013年LED路灯驱动电源的市场规模进行了统计和预测，如图所示。
从高工在线的数据可知，2009年LED路灯驱动电源市场规模为23.9万台，以当年LED路灯驱动电源的平均单价250元/台左右估算，2009年我国LED路灯驱动电源的市场规模为0.6亿。在政府的大力扶持之下，2013年我国LED路灯驱动电源数量预计达到700万台以上，市场规模扩大至17.5亿。
LED路灯驱动电源市场供不应求
LED路灯驱动电源在LED路灯的驱动下，需求呈爆炸式增长态势;而供应受制于技术壁垒，跟不上需求的增长步伐，行业整体上处于供不应求的状况。
来源：高工在线
LED路灯驱动电源不是传统电源，技术含量非常高。目前L E D路灯驱动电源已成为“十城万盏”工程推广的瓶颈，也是制约LED照明产业发展的关键因素之一。LED路灯驱动电源的问题有：可靠性低，不良率高，导致维护成本高;效率低，不节能，违背国家推行节能减排政策;因设计缺陷和材料选用，导致效率低、损耗大而发热、温度升高进而引起寿命缩短;防水性能差，易进水致使电源短路失效;防雷性能差或无防雷装置，LED路灯经常会因雷雨天气等恶劣环境，遭雷击后而批量失效;电网电压一般夜间不稳定，如输入电压范围窄，会导致电源烧坏;低温无法正常工作等。业内人士认为，LED路灯产生问题六成以上是由驱动电源造成的。据绝大多数路灯制造厂商内部品质统计数据显示，影响LED路灯、隧道灯可靠性占90%以上的原因是驱动电源的不可靠和寿命短。
高技术壁垒使能够供应合格LED路灯驱动电源的厂家非常少，2009年，占市场份额最大的是茂硕的系列恒流恒压LED大功率电源, 市场占比达51%，明纬等公司跟随其后。
据全国路灯行业统计，2009年中国道路照明市场达2800万盏路灯，因此LED路灯驱动电源市场潜在发展空间十分广阔。除LED路灯外，LED隧道灯、地铁照明、加油站及地下停车场照明等所需大功率LED灯的数量也有几百万盏。根据高工在线的预测，2009年我国安装的LED路灯为23.9万盏，以当年LED路灯的平均单价5000元/盏左右估算，2009年我国LED路灯的市场规模约为12亿。在政府的大力扶持之下，2013年我国LED路灯、隧道灯、地铁照明等安装数量预计达到700万盏以上。
看好LED路灯必将取代传统路灯的美好前景，各LED企业竞相投入力量研发LED路灯。当前已经有数百家企业推出了LED路灯产品，但大多未实现量产。相对于LED路灯企业的热情，2009年中国LED路灯市场尚未发力。
LED驱动电源 篇7
关键词：ED驱动电路,PI Expert软件,单片开关电源,反激变压器,PI器件,反馈电路
LED照明是新型的节能环保型绿色电源, 近年来在各领域得到广泛的应用。LED驱动电路是专门为LED供电的电源设备, 其质量的好坏直接影响到LED灯的使用寿命。LED驱动电路的设计, 大多采用了单片集成开关电源的形式, 不仅器件更少, 结构更简单, 发热量更少, 工作更可靠, 与之配套的软件设计平台Pl Expert使得开关电源的设计也变得异常容易。
本文以一个具体的LED驱动电源设计实例, 简要阐述了如何应用TOPSwitch及PI Expert进行LED驱动电路的设计, 并通过试验进行了验证。
1 PI Expert软件及芯片介绍
PI Expert软件是一款完成单片开关电源优化设计的实用工具软件, 其特点是简单易用、灵活方便, 是一种高效的开关电源没计工具。它通过接受用户输入的开关电源规格参数, 自动生成由PI器件构成的单片开关电源设计方案。利用该程序, 根据输入电源的规格来选择最合适的PI系列产品及其外围元件, 计算所选PI器件在指定的最低电压下提供满载功率所需输入滤波电容的最小值, 得到经过优化的高频变压器完整的数据表格, 并根据所指定的输出功率选择最小尺寸的磁芯和骨架, 以降低成本和体积。
TOPSwitch系列单片开关电源是美国Power Integrations (PI) 公司开发的新型开关电源芯片, 其将离线式开关电源所必需的各种功能模块都集成到一块芯片上, 包括高压功率场效应管MOSFET、PWM控制器、高频振荡器、高压启动偏置电路、基准电压、误差放大器、用于环路补偿的并联偏置调整器以及各种保护电路等。
TOPSwitch主要引脚有三个, 分别为引脚DRAIN (D) 、引脚SOURCE (S) 和引脚CONTROL (C) , 附加引脚包括过欠压检测 (L) 、电流限制 (X) 以及频率选择 (F) 。
2 LED驱动电源的设计
2.1 简介
根据LED具体应用场所的不同, LED可能会采用不同的驱动电路源来供电, 如交流线路、太阳能板、12V汽车电池、直流电源或低压交流系统, 甚至是基于碱和镍的电池或锂离子电池等。
开关电源在LED照明的驱动电路得到了充分的应用, 其性能的优劣直接关系到整个系统功能的实现。开关稳压电源有多种类型, 其中单端反激式开关电源由于具有线路简单, 所需要的元器件少, 能够提供稳定隔离输出等优点而广泛应用于小功率电源领域。
本文就以应用最广的、性能最稳定的单端反激式开关电源为例, 结合PI Expert软件, 简要说明LED驱动电源设计的设计过程。
2.2 设计实例
本文设计一种单端反激式单路输出开关电源, 用作某种LED灯具驱动电源。其输入电压为交流85~265V, 输出电压为22V、2.1A, 可驱动36 (3*12) 只LED灯, 输出功率46W。
2.2.1 电路结构选择
LED驱动电源电路采用单端反激式开关电源结构, 一般工作于电流断续模式, 可通过反馈控制使输出电流恒定, 具有体积小、成本低等优点, 同时, 单端反激式电路实现了输入输出之间的电气隔离, 提高了LED照明灯具的安全可靠性。
此驱动电路的输入电压为交流85~265V, 电源效率大于85%, 空载的功耗仅为0.5W。输入回路采用EMC电路, 反馈电路采用TL-431组成的误差放大器和光耦组合的隔离电路, 有效地提高了控制灵敏度和输出电压的稳定性, 整个电路的方框图如图1所示。
2.2.2 反激变压器设计
变压器是开关电源的核心部件, 其设计的好坏直接影响开关电源的性能。由于在反激式开关电源中, 反激变压器除了实现原副边隔离和电压转换外, 还承担储能的作用, 所以在常规的变压器设计方法基础之上, 反激变压器的设计还要特别关注原边电感量这个重要参数, 其直接影响变压器储能的大小。
实际设计中, 先选定变压器的磁芯尺寸, 通过变压器损耗与磁通密度的关系曲线确定最小的损耗, 进而选择二次绕组的匝数。应用PI Expert软件只需经过几步简单的操作, 就能得到设计结果, 包括所推荐的变压器磁芯型号、原副边匝数、导线线径、原边电感量和T0P-Switch芯片型号等关键参数。还可以通过优化程序对二次绕组的匝数进行迭代计算, 直至得到电源效率为最高的解决方案。最终设计参数如图2。
2.2.3 PI器件的选择
PI器件的选择主要在效率估算、感应电压、开关频率、损耗分配系数等参数上确定, 在该实例中优先选择了TOPSwitch-GX系列的芯片, 主要考虑其具有高效率、高集成效能 (集成了MOS、PWM控制、保护、检测和其它功能) , 为设计驱动电源提供了有利的条件。图3为芯片TOP246Y的主要参数。
2.2.4 反馈电路的选择
采用的反馈方式为:Opto/TL43l型, 利用光耦和精密基准源TL43I进行反馈。图4为反馈电路的主要形式和元器件的参数选择。
通过本软件获得该电路控制环路的幅频特性和相频特性曲线 (如图5) , 图上半部分为幅频特性曲线, 实线为整个电源的幅频特性曲线, 短划线未功率级的幅频特性曲线, 点划线未控制级的幅频特性曲线。
若调整反馈电路的元件参数, 则特性曲线随之发生变化, 即可以通过元件参数的调整分析曲线的变化得到较为理想的控制效果。
4 结语
本文根据LED驱动电路的性能要求, 给出了具体的设计方案, 采用TOPSwitch系列芯片结合PI Expert软件进行开关电源设计, 该设计的电路所用器件少, 结构精简, 控制方式简单, 具有过欠压等保护功能, 大大提高了系统的可靠性和电磁兼容能力, 从而实现了电路高效、安全、高可靠性的特性, 为今后LED驱动方面的开发设计提供了广泛的应用平台。
参考文献
[1]赵同贺.开关电源与LED照明的优化设计应用[J].机械工业出版社, 2012 (01) .
LED驱动电源 篇8
世界经济的发展与能源需求成正比关系,经济的快速发展给能源带来了一定程度的压力。照明使用的电成为总电能的主要消耗途径。缓解电能压力必须要节约电能、提升照明用电效率。LED是发光二极管的简称,含镓、氮、砷、磷等化合物,利用LED作为照明主要材料,有着环保、高效率、节能、使用期限长等优势,但LED制作成本较高且其驱动电源发出的谐波影响到电网,阻碍了LED的发展和运用。功率因素矫正技术(PCF)的使用,可以有效提高功率因数,使其无限接近1,并使得电流输入的谐波成分降低,(THD<0.5),弥补了传统的功率因数矫正技术的不足。然而,PFC只适合大功率发光二级管,由于双极的PFC对于中型或是小型功率的LED而言,低效率转换和高成本不适用中小型LED照明系统,因此为了解决这一问题,我们将使用单级PFC,控制LED驱动电源制作的成本和效率。单级PFC成为中小型功率照明设计制作上的主要方式,在提高功率的基础上,控制了成本,提高了转换率,使稳定电压在输出时成为下一个恒流源的输入,并且让照明工具具有高散热性能。脉冲波经由振荡器ne555发出,传给恒流源芯片,LED灯串经过BP2808恒流源芯片的带动,可以控制LED的亮度。LDE照明系统根据环境的需求形成不同的亮度,方便了人类的生活,实现了节能减排。
1 LED 驱动电源分析
1.1 LED 驱动电源分类及其特性
发光二级光作为半导体的一种,具有负温度状态和高灵敏的特点,因此在生产和使用的过程中,必须维护LED照明使其能正常运作。一般的照明用具只能接入220V的交流电压,LED驱动电源的设计和制作十分精细,其半导体光源的驱动电压是1.5V到3.5V的低压直流。驱动电源有许多种,因环境的改变选择不同的驱动电源,一个性能良好的LED驱动电源必须综合转化效率数值、有效的功率大小、精准的恒定电流、电磁兼容性以及电源使用寿命等参数。因此,在设计单级PFCLED驱动电源时,我们需要可靠性强、效率高、负载功率强的驱动电源。LED驱动电源可根据不同的驱动方式和不同的电路结构分成不同的LED驱动电源。LED电源驱动方式有以串联或并联方式进行恒流供电和单个恒流电源供电给分恒流源两种方式,前者成本较低但灵活性不高,后者使用方便但成本偏高。电路结构又有电阻降压、电容降压、电压器降压、电源变换器降压等方式形成不同的LED电源驱动。
1.2 直流与交流的驱动方式
LED的驱动方式可以根据LED电流的特性分成交流和直流两种驱动方式,直流驱动是LED驱动电源经常使用的驱动方式,分为脉冲、限流、恒压及恒流四种方式。直流电给驱动器提供电流,直流LED驱动方式负载电流方向单一,脉冲型是属于电压驱动,当LED的频率达到一定数值时,熄灭的LED照明会让人误认为它还在发光。限流驱动是将LED电流限制在一定的范围之内,开启辅助电路,恒定LED电流。恒压驱动和恒流驱动,顾名思义就是两种驱动分别保持LED接口的电压与流经LED的电流恒定不变。
电网传输的交流电通过整流后,经变压、限流和高频变化驱动LED电源运作,成为交流驱动。交流驱动需要高频率变压器,使得输出电压为低压,因输入电压与次级输出电压互不影响,因此交流驱动能够灵活设计LED串联个数。
2 基于 PCF 的 LED 恒流驱动电源设计
2.1 单级 PFC 参数设计
为更好的将PFC应用到中小型功率LED上,双极PCF改造成单级PCF。电源管理芯片(DC-DC控制器)控制其中一个半导体场效应晶体管(MOS),双极恒压源PFC的控制器控制其中一个MOS管,用以调节电流输入及电流电压的相位,使得LED驱动电源输出的电压稳定,提高功率。PFC所调节的MOS管的场效应管有共同区域,因此利用一个控制器就可以调节电流,实现恒压。当设计单级PFC控制电路图时,减少一个控制电路,会给LED电源驱动带来优势,但因恒压源单级PFC的平衡电容不能够调节,会造成平衡电容电大因电压输出过大,则要增加高电压的蓄能容量,就要求大大增加驱动电路的整体体积,影响整个系统的功率和使用。因此需要控制蓄能电容量中的电压,利用负反馈绕组可以实现调节。本文以L6561芯片进行设计的线路图分析其参数,当输入电压为88V至265V时,输出电压为48V,电流为0.454A,效率为90%,恒流源电压为48V。初始电流峰值经过计算Ipp = 1.61(A),MOS管有效电流和耐压值分别为0.468A、543V,因此选择其型号是,SSH5N90A。LED耐压值输出为225V,其有效电流值是0.867A,以FR104型号的二极管作为负载整流管。另外,因滤波电容的输出容量为1229.6uf,以及电阻采样大小为0.82欧,设计电路将用三个电容电解以及两个电阻并联,其中电容电解参数为470/63,两个电阻参数分别为1.8欧和1.6欧。
2.2 恒流源参数设计
为保证LED电流均值相对稳定及其精准度,缩小LED输出电流的范围改变,在设计恒流源参数时,将采用型号为BP2808的芯片控制恒流。其工作原理是调控LED的电流纹波及其峰值,在电流模式是连续的降压系统里实现电流稳定。此外还利用补偿法及恒流控制法,精准恒流缩小范围。BP2808芯片还可以在外部元器件缺少的情况下控制恒流,进行PWM和模拟调光。使用BP2808芯片在理论上说LED的电流不会改变,但由于系统原因产生的时间延长,会使得LED电流的实际最大值因电压输入的升高而改变,为了控制电流在延时中产生的变化,可以利用LN管脚测量电压变化,基准电压数值随着低电压的升高而降低,比如,VDD和管脚LN相差1V,则降低30mv的基准电压,确保系统电压有较大的范围。根据LED电源恒流驱动的基本参数,可以算出MOS管的耐压值和平均电流分别为71.3V、1.47V,续流二极管的电流均值和耐压值与MOS管的相同,因此我们将选用型号为IRF620A的MOS管,MUR815二极管。定时电阻大小为270千欧,采样电阻大小为0.25欧,电阻功率是0.25瓦特,因此采样电阻共4个,每个电阻大小为1欧,功率为0.5瓦特。
3 单级 PFC 中 LED 驱动电源变换器的设计
3.1 设计整体驱动电源结构
电压和电压的变化都会给LED带来能量的消损,设计中想要实现LED功率提高,在LED能够稳定运作的基础上减轻其能量消损,本文将从LED的运作性能、制作成本及能源节约的方向, LED驱动电源的设计将以稳压和恒流双闭环进行反馈电路的驱动电源。根据设计的参数,我们将220V交流电通过恒压单级PFC开关,以变换器将电压转换成48V的恒定电压,在将48V电压输入到型号为BP2808的芯片电路中,最后将恒定的电压和电流输出给LED。根据指定的LED指定参数,电压在90V~264V之间,电网频率为50赫兹,外部工作温度在70摄氏度到零下40摄氏度之间。在以上计算的基础上,完成整个LED驱动电源结构设计,使得LED驱动电源功率达到90% 以上。如图1所示,整个线路图分成两个部分,从“保护电路”到“稳压输出”为单级PFC变换器部分,后一部分是恒流驱动部分,由“稳压输出”到“恒流输出”。经过单级PFC,让电流和电压保持恒定,提高单级PFC在LED驱动电源设计的应用效率。
图 1 LED 驱动电源结构设计图
3.2 单级 PCF 变换器设计思路及模式选用
因输入LED驱动电源的电流为交流电,功率较小,设计考虑到了LED的安全性能,根据拓扑结构的电源电路的特性,设计将选用拓扑结构电源的反激式。高频变压器将传输的电气进行隔离,降低某些电路和电气问题损坏电源的发生率,防治其他电路受到牵连损坏。根据上文设计的电源结构可知,交流电直接输入会使得LED烧毁,因此单级PCF的功率矫正十分适合LED驱动电源设计。本设计研究利用型号为BP2808的芯片作为主要的LED设计材料,因其芯片自身就有特殊的外围电路,因此用BP2808芯片控制恒流可以减少外部配件,在上面提高了直流和交流两种电路驱动,LED的设计必须经过精准的参数计算,使用直流驱动会让电流更趋于稳定,减小纹波 [4]。根据现有的研究可知,开关电源的反激式单级PFC有CGR、CCM、DCM三种模式,三种模式根据导电方式不同进行分类,分别是临界导电、连续导电、断续导电。CCM模式虽然转换的功率容量较大,但是其结构繁复,没有反向恢复功能,DCM模式结构简洁但电流波纹大,CGR模式结构简洁且能够反向恢复二极管,三种模式各有千秋,根据设计参数考虑,将使用临界导电模式作为单级PCF的工作模式。单级PCF变换器的设计思路根据上文设计的LED电源结构,以恒流稳压进行双闭环控制,将整个构架分成两部分,在此基础上设计PCF变换器,从电路的控制、电磁兼容器的设计、变压器的选用、箝位网络及滤波电容器的输出设计等方面进行设计,设计中必须参考单级PCF和恒流源的参数设计,以完成整个PCF的变换器设计。
4 结语
随着经济的不断发展,全球的环境问题也越来越严重,温室效应、能源枯竭等问题让社会关注的焦点始终处在环境保护的问题上。人类不断研发高效率低能量的照明工具来缓解能源危机。发光二极管LED具有节能环保,占用体积小,调制便利、使用寿命长、效率高及运作强等特点,成为未来制作照明用具的重要材料。通过设计研究发现,双极PFC成本高、散热性不高、转化率不强,双极PFC并不适用于中小型功率的LED电源驱动设计。通过检测计算得知,此LED的驱动电源的调光范围较广,达到0.09%~99.91%,恒流驱动率高达93% 。LED使用寿命长短与其驱动电源有着密切的关系,基于这一点,本研究将单级PCF技术应用到LED的驱动电源设计中,设计了由两部分组成的电源结构,以反馈电路的手段有效控制恒定电流和电压,实现中小型功率的发光二极管也能使用PCF提高效率,节约能源。
摘要：通过改进双极PCF,设计单级PFC,使其在功率和成本上适用于中小型功率的LED驱动电源的设计,本文阐述LED驱动电源的类型和特性,分析直流驱动和交流驱动两种驱动方式,对单级PCF进行改造设计,计算出其参数。基于恒流源的工作原理的基础上,计算出恒流源的参数,为设计LED驱动电源提供准确的参数和设计材料所需的型号。在此基础上,以单级PCF设计出LED驱动电源的变化器,主要包括设计整体驱动电源结构、单级PCF变换器方案的确定以及变换器的电路工作模式和芯片的选择。
LED驱动电源 篇9
LED作为新型 的照明器 件 , 被广泛应 用在家居 照明 、路灯照明 、LED显示等领 域[1]。 为了充分 发挥LED高效节能 、 工作寿命 长等优点 , 高效率 、 高功率因 数 、 高可靠性 的驱动电 源成为了LED应用中的 研究热点[2]。 普通LED电源一般 采用大电 解电容作 为储能元 件 , 工作寿命 短 ,限制着LED整体系统 长寿命的 优点 。 因此 , 在提高功 率因数的 前提下 ,如何减小 电解电容 或采用无 电解电容 的研究成 为解决大 功率LED驱动电源 和工作寿 命匹配的 主要方法 之一[3,4]。 为了提高 电源利用 率 ,减少电源 谐波 , 降低LED工作中存 在的频闪 、 功率因数 低等问题 ,LED的驱动电 源一般采 用具有单 级PFC的恒流驱 动方式[5,6]。 本设计采 用CCM模式下隔 离型AC/DC电源变换 电路和UCC28810构成的功 率因数校 正电路作 为主电源 , 并通过专 用的恒流 电路得到 高效率 、 高功率因 数 、 高稳定性 的LED驱动电源[7,8]。 文中重点 阐述输出30 V / 600 m A的LED驱动电源 系统的整 体设计方 法 , 给出具体 的设计原 理图 ,并对设计 样机进行 测试 。 系统整体 框图如图1所示 。
1电路结构与原理分析
1.1主电源电路设计
主电源采 用经典的 单端反激 结构 , 输入端由 保护电路 和EMI电路组成 ,输入电压 经过EMI滤波器和DB107整流桥 ,经C2和L2组成的差 分低通滤 波器滤除 由高频开 关产生的 电流纹波 ,得到VCC, 结合MOS管的开通 和关断 ,通过变压 器耦合到 副边 ,利用副边 电容 ,将半正弦 波滤成较 为平滑的 直流电 。 同时 , 由TL431和PC817将输出电 压反馈回 变压器原 边的控制 芯片进行 电压调整 , 使输出电 压稳定在 指定值 ,电路如图2。
电路中R3、R22、R23、R24、C3和D4组成了RCD吸收回路 , 用于吸收 初级的漏 感能量 , 减小EMI干扰 。 变压器T2的副边用E1滤除低频 纹波 ,C4和L3抑制输出 的高频纹 波 。 输出电压 通过R6、R12分压 , 送到TL431的1脚上 , 通过C8、R11、C9反馈元件 , 利用光耦 器件U1将电压误 差反馈到 原边送给UCC28810进行调整 。
1.2PFC高频变压器设计
1 . 2 . 1初级电感 量的计算
如图2所示 , 采用反激 隔离型PFC电路 , 当电源工 作在DCM模式或者 是CRM模式时可 实现较高 的功率因 数 ,本设计电 源工作采 用CRM模式 ,单级PFC工作于临 界模式变 压器的初 级电感量 公式[7]:
其中 ,VIN ( rms )为输入电 压有效值 ,PIN为输入功 率 ,fSW为开关频 率 ,D为占空比 ,PF为功率因 数 ,n为变压器 匝数比 ,VO为输出电 压 。
设定VIN ( rms )= 99 V , D取0 . 45 , PF值取0 . 95 , 开关频率 取80 k Hz,效率取85%,则输入功 率为 :
代入式 (1)可得 :
1.2.2变压器磁芯的选择
设计中考 虑电源的 功率 、 频率 、 拓扑结构 , 并结合成 本因数 , 选择PC40材质 , 按照AP法初步选 择磁芯的 型号 :
式中 ,AW为磁芯窗 口面积 ,Ae为磁芯截 面积 ;PO为输出功率;△B为磁芯工作磁感应强度,取0.23 T;Ku为窗口有效 使用系数 ,取0.3;Kj为电流密 度 ,取400 A/cm2。 选用锰锌铁氧 体磁芯EE25, 电感量系 数AL= 2 000 n H / N2, Ae= 40 . 3 , AW= 78 . 73 ,AP = 0 . 317 3 > 0 . 023 9 。
1.2.3初次级线圈数及磁芯气隙的确定
设计中选 取的MOS管为6N80, 其耐压为800 V, 而输入电 压最大为242 V , 其峰值为419 V , 给MOS留下300 V的裕量 , 则允许的 反射电压 :
初级次级 匝数比 :
初级电流 :
初级匝数 :
磁芯气隙 :
次级匝数 :
辅助绕组 匝数 :
式中 ,Va是辅助绕 组输出电 压 ,取16 V。
1.2.4初次级线径的确定
初级电流 有效值Irms1、 次级电流 峰值IP2、 次级电流 有效值Irms2分别为 :
初次级线 截面积 :
式中,SP为漆包线的截面积;Kj为电流密度,一般取2.5 A/mm2。
由式(14)和(15)可得 ,初级线截 面积为0.1 mm2,次级线截 面积为0.3 mm2。 故选取初 级线径为 单股0.2 mm, 次级线径 为0.2 mm,三股并绕 。
1.3PFC功率因数校正电路设计
利用UCC28810构成PFC功率因数 校正电路[8], 如图3所示 。
图3中 ,EAOUT引脚的输 入电压和VINS引脚的输 入电压通 过UCC28810内部乘法 器相乘 , 然后与电 流采样输入引 脚ISENSE的电压进 行比较 , 从而决定MOS管的关断 时刻 。 当ISENSE引脚的输 入电压Visense≥0.67× ( VEAOUT- 2 . 5 V ) × ( VVINS+ 75 m V ) 时 , MOS管关断 , 而MOS管的开通 是由TZE引脚的输 入电压决 定的 。 TZE引脚的外 部一般接 到辅助绕 组 ,所以能检 测到变压 器的退磁 过程 ( 即次级电 流放电过 程 ) , 从而使芯 片强制工 作在临界 导通模式 。
如图2,T2副边电流 经过变压 器耦合到 原边 , 经R9 、R10后转换为 电压 , 通过R7和C6组成的低 通滤波器 送入UCC28810的电流采 样引脚ISENSE构成电路 检测及滤 波电路 , 经R18、R19、R20分压后送 入UC28810的瞬时半 正弦波检 测引脚 。
1.4恒流调整控制电路
恒流调整 控制电路 主要由CC2530可编程微 处理器和 高效率LED驱动芯片SN3350组成[9,10], 利用INA193采样流过 负载LED的实时电 流 , 并送CC2530进行处理 ,如图4所示 。
通过在LED两端并联 一个多层 瓷片电容C14, 可以使输出电 流的纹波 减小 。 这个电容 虽然不会 影响系统 频率和效 率 , 但是会通 过减小LED两端电压 上升速度 , 增加启动 时间 。
2实验与结果分析
图5为交流110 V和220 V输入时的 波形图 。 从图中可 以看出 , 输入电流 波形很好 地跟踪输 入电压波 形 , 利用功率 因数表测 试 ,PF值为0.975和0.983,实现了较 好的功率 因数校正 。
AC / DC变换后的 输出30 V电压波形 如图6所示 ,提供给后 级LED恒流电路 。 从测试波 形可看出 ,输出电压 的直流分 量RMS =30 V; 并在直流 分量上叠 加有RMS = 591 m V 、 频率为177 Hz的纹波电 压 , 获得较好 输出效果 。
对LED驱动电源 进行整体 测试 ,实验测试 的结果如 表1所示 。
分析表1的测试数 据 , 对于第一 级电源 , 在95 V~ 258 V交流电压 输入的情 况下整个 电源都能 正常工作 , PF值都在0 . 965以上 ; 负载调整 率和电压 调整率较 好 , 输出电压 基本保持 不变 , 输出纹波 较小 , 并且在全 电压范围 内的效率 都达到了85%以上 。 对于第二 级电源 ,整个测试 的过程中 输出电流 基本保持 不变 ,达到了恒 流的精度 要求 , 效率也保 持在90% 以上 , 实现了高 功率因数 、高效率的 设计要求 。
3结论
LED驱动电源 篇10
当前全球能源短缺和地球环境变暖的忧虑再度升高,节能减排是全世界面临的重要问题,在照明领域,被称为希望之光的第四代绿色照明光源LED正吸引着世人的目光,是当前照明产业发展的趋势。
尽管目前LED照明发展比较迅猛,但在一些技术指标上还需要大的提高,其主要表现为存在着光衰。LED光源虽然寿命比较长,但目前使用一定的时间以后,其照度会下降,产生光通量衰减(光衰)。产生LED光衰的原因主要有两个:1)是LED产品本身品质问题,生产过程中采用品质不好的晶粒,晶粒散热不能很好地从PIN脚导出,导致LED晶粒温度升高,产生光衰;2)是LED的驱动电源问题,目前LED的驱动电源多数采用恒流电源,部分采用恒压电源,这类驱动电源往往导致流过LED的电流大于它的额定电流,从而使得LED本身发热,产生光衰。
由LED的晶粒造成的光衰,可以通过改变生产LED的工艺得到改进;LED照明的驱动电源的设计,是当前推广LED照明过程中的现实和迫切的问题。
1 LED的温度特性
LED产生光衰的根本原因是LED在使用过程中温度超过其额定温度,因此分析LED的温度特性,对于设计驱动电源具有密切的联系,本文以Cree公司的XLamp7090XR-E3.3V,350mA(1.2W)白光LED为例,介绍LED的温度和伏安特性关系以及结温和光衰关系。
1.1 LED的温度和伏安特性曲线
LED的温度特性首先体现在它的伏安特性曲线上,虽然在特定的温度情况下它的伏安特性曲线类似于一般二极管,但其伏安特性曲线随着温度的变化是比较大的,图1是温度在30℃~100℃之间的伏安特性曲线。
从图1中我们可以看到,这种LED的导通电压随着温度变化改变是比较大的,通常可以达到-4mV/℃,比一般的二极管大约一倍,相应的这种LED工作电流随温度的变化也是较大的,基于这种特征,一旦LED的工作温度升高,LED的导通电流就加大,电流越大,温度又会越高,形成恶性循环,不仅会使LED产生光衰,同时还要影响整个装置的散热条件,影响整个装置的使用寿命,因此必须控制LED的工作温度。
1.2 LED的结温与光衰
图2是LED结温与光通量衰减的时间曲线,从图2中可以看出:结温越高,光通量衰减越快,结温与光通量衰减基本上呈线性关系。以光通量衰减到80%计算LED的工作期限,在结温为105℃时,约10000小时,在结温为65℃是,工作期限约为8万小时,因此控制结温,就可以延缓光通量衰减的时间,也就是延长LED使用期限。
2 LED脉冲驱动电源的设计
本文基于温度传感器控制的LED脉冲驱动电源设计的主要思想是:LED是以额定电流启动和工作的,通过LED的电流为方波,随着照明时间的增加,LED的温度升高时,根据LED伏安曲线的温度特性,控制通过LED上的电流脉冲的导通比,减少流过LED上的电流,达到控制LED的工作温度,从而减少光衰,延长LED的使用寿命。
2.1 脉冲电源设计的工作原理
基于温度传感器控制的LED脉冲驱动电源设计的原理如图3所示,220V交流电压经整流滤波稳压形成由脉冲发生器控制的驱动电路,脉冲发生器的工作频率设计在300Hz~400Hz之间,脉冲的导通比由温度传感器控制,当温度在常温时脉冲导通比设计为90%,随着温度升高,导通比将逐步下降,因此流过LED的电流将逐渐地减少,从而使LED的温度降低。
2.2 脉冲驱动电源的电路设计
脉冲发生电路是非常成熟的电路,应用也比较广泛,选择使用脉冲发生电路的原则是线路简洁、可靠性高、寿命长;本文采用典型的555时基电路作为脉冲发生电路,555时基电路具有工作电压宽,易于调节的特点。图4为使用温度传感器调节脉冲的电源电路线路图,其中Rt为温度传感器,脉冲宽度由Rt、R1、R2和C1的参数决定,Q1为功率开关三极管,R3为限流电阻。
2.3 相关器件的选择和参数计算
温度传感器Rt采用负温度系数的半导体热敏电阻,型号采用MF11系列,其电阻与温度的关系曲线如图5所示,在常温下25℃时电阻值约为8.2K,在85℃时电阻值约为1.5K。考虑到LED在25℃时电路的导通比为90%,在85℃时导通比为75%,根据555时基电路的频率周期计算公式,占空比D为:
25℃时:Rt=8.2K,85℃时:Rt=1.4K,计算:R2=1.13K,取R2=1.2K;R1=0.86K,取R1=0.82K;工作频率设计为400HZ,C1取值为1.2uF。占空比由90%调节到75%,通过LED管芯的电流可以下降16.7%,足以限制和保护LED的温度当电源的不超过85℃,从而解决LED的发热和光衰问题。
3结束语
LED照明电源设计的不合理,不仅将大部分的电功率转化为热量,同时还需要设计比较大的散热器,这样电路不仅复杂,故障率还高,使用寿命短、生产成本也将升高,大大地限制了市场的竞争力与购买群。将目前LED恒流或恒压驱动的电源,设计成用温度传感器控制的脉冲驱动电源,不仅电路简洁,还可以从根本上解决LED照明中的散热问题,节约成本,提高效率,延长LED照明的工作寿命,是当前推广LED照明行之有效的途径和手段。
参考文献
[1]胡险峰,朱世国PN结正向伏安特性曲线随温度的变化物理实验,2003.10.
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