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根據(jù)VIPer17H設(shè)計(jì)無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)器策略

作者: 時(shí)間:2011-03-29 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

許多國(guó)家正在積極發(fā)展LEDled/' target='_blank'>照明技術(shù)。高亮度LED要達(dá)到長(zhǎng)壽命,并且要盡量小的光衰,溫度的控制是關(guān)鍵,因此與其他光源相比,LED燈都需要一塊比較大的散熱器。為了獲得理想的散熱效果,將LED與散熱器直接接觸可以獲得最小的熱阻,將散熱器暴露在空氣中是一種簡(jiǎn)單有效的設(shè)計(jì)方法,但卻帶來(lái)了安全隱患,不過(guò)如果采用隔離的LED驅(qū)動(dòng)器方案將解決此問(wèn)題。在保證一定溫度條件下,LED壽命可以輕松超過(guò)20000小時(shí),因此驅(qū)動(dòng)器的壽命將成為整個(gè)燈具長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵因素。

眾所周知,電解電容是影響開(kāi)關(guān)電源壽命的重要元件,限于電解電容的結(jié)構(gòu),很難匹配LED的長(zhǎng)壽命要求,因此有必要開(kāi)發(fā)一種無(wú)電解電容的驅(qū)動(dòng)器。此外根據(jù)能源之星于2008年11月發(fā)布的固態(tài)照明燈具計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)1.1版,其中對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器的PF值提出了要求,即民用燈具大于等于0.7,商用大于等于0.9。

本設(shè)計(jì)使用ST的新VIPer系列控制器VIPer17H,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路進(jìn)行一些修改后開(kāi)發(fā)出一款3.6W無(wú)電解電容LED驅(qū)動(dòng)器。輸入為100~240Vac/ 50~60Hz ,輸出為10V/360mA(平均值),電路圖如圖1。

VIPer17是意法半導(dǎo)體(ST)新一代單片集成控制器,采用了BCD6和SuperMESH制程(圖2),擁有更低的待機(jī)功耗,開(kāi)關(guān)部分是一顆耐壓800V的MOSFET,加上完備的保護(hù)功能,包括OVP、OCP、OTP、SCP、Brownout等,可以使設(shè)計(jì)擁有更多的安全裕量。

在此芯片的7個(gè)引腳中,CONT腳比較特殊,具有兩個(gè)功能,見(jiàn)圖3:

1. 設(shè)定允許流過(guò)MOSFET的最大電流值Idlim;

2. 設(shè)定過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)。

此3.6W無(wú)電解電容設(shè)計(jì)即是利用該引腳改變Idlim值來(lái)實(shí)現(xiàn),根據(jù)芯片工作原理,當(dāng)CONT引腳外接一顆電阻Rlim到GND時(shí),在一定區(qū)間內(nèi),隨著電阻值變小, MOSFET的限流點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)的變小,對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖4。從本質(zhì)上看,隨著Rlim的變小,是改變了流出CONT引腳的電流值,從而改變內(nèi)部的限流點(diǎn)。因此,如果再通過(guò)電阻連接CONT引腳與輸入整流橋的輸出端(如圖1的R11,R12),那么流出CONT引腳的電流將會(huì)跟隨輸入電壓變化,進(jìn)而改變限流值,輸入升高,則限流點(diǎn)變大,反之亦然。通過(guò)這一步的變化,我們可以看到,流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流值在一定程度上跟隨輸入電壓變化,輸入特性類(lèi)似于PFC電路,因此可以采用PFC的電路結(jié)構(gòu),一個(gè)小容值的輸入電容(一般為薄膜電容)。此設(shè)計(jì)采用的是一個(gè)0.1mF的薄膜電容,同時(shí)控制回路也類(lèi)似于PFC電路的設(shè)置,非常低的回路增益穿越頻率,這樣可以獲得相對(duì)高的PF值和穩(wěn)定性。此時(shí)輸入端的電解電容已經(jīng)去掉。在滿(mǎn)足EMC要求的前提下,此電容的取值可以盡量小些,這樣可以獲得較高的PF值。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,陶瓷電容正在越來(lái)越多地進(jìn)入中低壓電解電容和鉭電容的應(yīng)用領(lǐng)域,陶瓷電容具有更低的ESR以及非常長(zhǎng)的壽命,這兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì)很適合LED驅(qū)動(dòng)器,此設(shè)計(jì)中,次級(jí)采用5顆10mF/16V的陶瓷電容作為濾波電容。同時(shí)初級(jí)的VCC供電電路也采用了陶瓷電容,不過(guò)因?yàn)楣╇婋娏骱苄。娙莸淖陨戆l(fā)熱少,壽命的降低不如主電路濾波電容顯著,為了降低成本也可以使用電解電容。

到此,一款無(wú)電解電容的LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)完畢,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5。從實(shí)際可知,由于輸出的電容的低容量以及類(lèi)似PFC的控制回路設(shè)置,輸出電流的工頻紋波很大,甚至?xí)搅?,不過(guò)此頻率為100Hz,人眼是看不到閃爍的;需要指出的是為了維持在一個(gè)工頻周期內(nèi)輸出平均電流的恒定,電流的峰值是輸出平均值的1.7倍,而燈具設(shè)計(jì)時(shí)是按平均電流來(lái)選擇LED燈,因此峰值電流將對(duì)LED造成沖擊, 不過(guò)大多數(shù)LED可以承受這樣的沖擊,只要限制在一定范圍內(nèi),比如SHARP的LED在此條件下,可以耐受額定值3倍的電流。除此之外,另一個(gè)難點(diǎn)在于濾除差模傳導(dǎo)噪聲,由于采用了小容值的輸入濾波電容,以及類(lèi)似PFC的工作方式,使差模傳導(dǎo)噪聲高于普通的反激變換器,因此在圖1中,為了滿(mǎn)足EMI要求,增加了X電容和差模電感,由此帶來(lái)了體積的增大和成本的上升。不過(guò)為了獲得與LED燈匹配的長(zhǎng)壽命,同時(shí)滿(mǎn)足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),此方案提供了一個(gè)新的選擇。



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