LED路燈的高效率電源驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)
1 LED 路燈的電源驅(qū)動(dòng)原理
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/174925.htm近些年隨著大功率的LED 發(fā)光技術(shù)的升級(jí),大功率的白光LED 進(jìn)入了照明市場,越來越多的被應(yīng)用于通用照明領(lǐng)域。因?yàn)長ED 本身具有高光效、壽命長、抗浪涌能力差等特點(diǎn),以此LED路燈的電源控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就成為了保證其功能和高效的重要基礎(chǔ)。
為了設(shè)計(jì)出更加安全可靠的電源驅(qū)動(dòng)器,必須對(duì)其工作原理進(jìn)行了解。本文對(duì)LED 路燈電源驅(qū)動(dòng)器的基本工作原理進(jìn)行簡要的介紹:主要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是處采用隔離變壓器、PEC 控制電源開關(guān),并保證輸出為恒定的電壓,完成對(duì)LED 路燈的驅(qū)動(dòng)。因?yàn)閷?shí)際中LED 的抗浪涌的能力較差,尤其是對(duì)反向電壓更為敏感。
所以在電源控制中應(yīng)當(dāng)注意對(duì)這方面的保護(hù)效果的提高。同時(shí),LED 路燈主要的工作狀況是戶外,因此要增加對(duì)防浪涌的措施。
因?yàn)閷?duì)其供電的電網(wǎng)容易受到雷電的干擾,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流而涌入電網(wǎng),從而導(dǎo)致對(duì)LED 的破壞。所以電源的驅(qū)動(dòng)也應(yīng)當(dāng)具備抑制浪涌的功能,達(dá)到保護(hù)LED 的效果。此時(shí)采用的EMI 濾波電路就起到了這種防止電網(wǎng)諧波串入的模塊,以此保護(hù)路燈的電路正常工作。
2 LED 路燈的電源驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)
2.1 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)簡述
針對(duì)LED 路燈系統(tǒng)的電源控制器的設(shè)計(jì)需要考慮到其特地和基本要求才能達(dá)到目的。具體的情況如下:此系統(tǒng)中的每個(gè)路燈的功率在 100W 以內(nèi);為了提高路燈的實(shí)用性,路燈的LED 被分為若干小組,每組LED 則是串聯(lián)驅(qū)動(dòng),組與組之間為隔離驅(qū)動(dòng),保證單組損壞而不影響整個(gè)LED 的工作;為了提高路燈的安全性,輸入和輸出系統(tǒng)需要有電氣隔離;電源的公因數(shù)必須維持在較高的水平。
在設(shè)計(jì)中為了滿足以上的基本需求,通常采用的是AC/DC 恒壓電源和多路控制的DC/DC 恒定流動(dòng)驅(qū)動(dòng)級(jí)聯(lián)的方式完成對(duì)多路的LED 驅(qū)動(dòng)。AC/DC 部分采用的是反激形式拓?fù)?,輸出的功率可以滿足LED 的功率;DC/DC 的部分采用國半德爾LED 恒定電流芯片。其中在AC/DC 部分所采用的反激式的電源所產(chǎn)生的損耗將影響電源的效率,其損耗主要有:一次場效應(yīng)晶體管的損耗,主要是導(dǎo)通和開關(guān)損耗;二次側(cè)的整流二極管造成的功率損耗;高頻變壓的固有的鐵損、銅損、漏感損耗等,為了提高整個(gè)電源的高效率就應(yīng)當(dāng)對(duì)上面三種情況進(jìn)行控制。
2.2 控制形式和零電壓設(shè)計(jì)
在提高效率的設(shè)計(jì)中,如采用ST 所生產(chǎn)的L6562 作為控制芯片,此芯片是一種較為經(jīng)濟(jì)的功率因數(shù)校正控制元器件。反激方式電源工作是在不連續(xù)導(dǎo)電的模式下進(jìn)行工作的,通過前端的濾波其進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)高功率。為了減小場效應(yīng)晶體管損耗,利用與芯片相適應(yīng)的器件,這樣可以有效的降低在導(dǎo)通時(shí)出現(xiàn)的損耗,同時(shí)還可以利用準(zhǔn)諧振的技術(shù)實(shí)現(xiàn)場效應(yīng)晶體管的零電壓導(dǎo)通,完成對(duì)開關(guān)損耗的控制。
2.3 同步整流設(shè)計(jì)
通常的反激式開關(guān)在利用中二次側(cè)的整流二級(jí)管也會(huì)形成較大的損耗,為了實(shí)現(xiàn)高效率可以利用具有低導(dǎo)通降壓的二極管來緩解高損耗的問題,但是實(shí)踐中看,此種改進(jìn)的效果并不明顯,同時(shí)一些設(shè)計(jì)中輸出的電壓較高,而肖特基二極管的反向耐壓性能并不理想,所以其不能滿足高效率需求。
實(shí)踐證明較好的方法是采用同步整流技術(shù)對(duì)功率進(jìn)行調(diào)整,利用導(dǎo)通電阻較低的場效應(yīng)晶體管代替整流二極管。同步整流方式可以分為外驅(qū)動(dòng)和內(nèi)驅(qū)動(dòng)兩種,工作原理也可分為電壓型和電流型、諧振型驅(qū)動(dòng)等。這些同步驅(qū)動(dòng)的方式各自有其優(yōu)勢和不足。
其中一種較為實(shí)用的是電流同步的控制驅(qū)動(dòng)方案,但是因?yàn)轵?qū)動(dòng)中選擇了場效應(yīng)晶體管門極驅(qū)動(dòng)電壓鉗位在輸出電壓上,而門極穿電壓通常較低,因此要采用此種方法就要降低輸出電壓。
所以可以采用混合型的同步整流方法,其工作的原理為在兩個(gè)變壓器上的兩個(gè)繞組為T3、T4,其中T3 設(shè)計(jì)為二次繞組主要負(fù)責(zé)能量的傳遞,T4 則為輔助繞組。在T4 上的電壓隨著T3 電壓的升高而升高,用于開啟同步整流用場效應(yīng)管。此時(shí)的電流互感器中的兩個(gè)繞組也起到不同的作用,初級(jí)繞組是串聯(lián)在主電路中,是檢驗(yàn)流經(jīng)的場效應(yīng)管的電流 ,當(dāng)該繞組中的電流下降到0 的時(shí)候,另一個(gè)繞組則將場效應(yīng)管斷開。所以此種方案可以利用電壓信號(hào)來控制場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通,電流信號(hào)澤爾負(fù)責(zé)其關(guān)閉,不僅僅提高了效率還可以穩(wěn)定的工作,控制了無開通的情況。
2.4 變壓器的高效率設(shè)計(jì)
高頻率變壓器是隔離形式的電源中不可或缺的器件,在提升效率的方面也有著重要的作用。變壓的損耗主要來自銅損、鐵損、漏感損耗,此三者的損耗可以通過必要的手段進(jìn)性損耗的控制,但是控制的措施不能完全達(dá)到綜合高效的目標(biāo)效果。因此,新型的變壓器技術(shù)將高頻率供電系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)。此種變壓器的技術(shù)日趨成熟,主要特點(diǎn)是高度低,利用底部面積大的平面磁芯。此種變壓器采用的繞著是螺旋印制線構(gòu)成。和以往的變壓器相比此種平面型的變壓效果更高,工作效率也得到了提升,且體積小、漏感小、導(dǎo)熱性好、一致性強(qiáng)等。雖然其距離應(yīng)用還有一段時(shí)間,但是可以成為高端應(yīng)用領(lǐng)域的替代產(chǎn)品。
3 結(jié)論
LED 路燈系統(tǒng)的高效率電源驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì),其首要的目的就是保證路燈的高頻率工況,同時(shí)防止供電系統(tǒng)中的干擾侵入到路燈系統(tǒng)中而造成損壞。其次,利用多種復(fù)合電路和晶體管來提高供電過程中的各種線路損耗,提高供電的效率,以此達(dá)到安全、高效的目的。
評(píng)論