設計達人:可調光PFC LED專為驅動器LED燈泡及燈管設計
發布時間:2014-02-11 責任編輯:mikeliu
【導讀】常見隔離拓撲結構和與非隔離拓撲結果是LED照明中經常采用的兩種拓撲,尤其在交流-直流(AC-DC)電源供電的驅動電路中。那麼究竟他們會有怎麼的區別呢?其設計結果如何?請看本文詳細分析。
由於這兩種拓撲結構有著不同的特點.如果將兩者相比較,會發現非隔離拓撲結構的優勢包括磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數量更少、總物 料單成本更低,以及能以機械設計滿足安規等,特別適用於內含驅動器的LED 燈泡及燈管應用,已成為此類LED照明趨勢而大量被采用。而隔離拓撲結構則因安規需求較適用於驅動器與的LED 燈泡及燈管分開結構之照明應用。
NIKO-SEM 提供之LED 驅動器非隔離LED 驅qu動dong器qi係xi列lie,採採峰feng值zhi電dian流liu採採樣yang加jia平ping均jun電dian流liu採採樣yang雙shuang回hui授shou控kong製zhi,因yin此ci能neng改gai善shan高gao功gong因yin應ying用yong中zhong單dan一yi平ping均jun電dian流liu回hui授shou控kong製zhi中zhong不bu可ke調tiao光guang之zhi缺que失shi,同tong時shi快kuai速su回hui授shou特te性xing可ke避bi免mian輸shu入ru電dian壓ya變bian換huan控kong製zhi延yan遲chi造zao成chengLED 過流毀損現象,可適用於多種非隔離LED qudonggaogongyinyuchuantongfeigaogongyinyingyongfangan。zaichuantongchundianzufengzhidianliu採yangzuofashidiangandianliuquanbuliujing採yangdianzu,yinwei採yangdianzushangdefengzhidianyameidingdaoneibucankaodianyashijiehuilijiguanbigonglvdian晶體,因此每個開關週期電感電流峰值都會相同,無法隨輸入電壓正弦波振幅大小變化,功因也就無法有效提昇。
NIKO-SEM zaifeigeligaogongyinjiangyaqudongyingyongcaiyongdianzubingliandianrongdedutefengzhidianliu採yangfangshi,shiliujingdianganshangdedianliunengyouxiaosuishurudianyazhengxianbozhenfudaxiaobianhua,jinerdachenggaogongyindemude。qiyuanliwei :電容電荷公式中,Q=CV = IT , 其中並聯電容之Q(電荷)值、C(電容量)值以及V(採樣電壓)值皆為定值,電容電流I 會隨導通時間T 的(de)變(bian)動(dong)而(er)變(bian)化(hua),由(you)於(yu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)正(zheng)弦(xian)波(bo)振(zhen)幅(fu)越(yue)大(da)時(shi)流(liu)經(jing)電(dian)感(gan)的(de)電(dian)流(liu)斜(xie)率(lv)會(hui)變(bian)大(da),會(hui)較(jiao)短(duan)導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)頂(ding)到(dao)內(nei)部(bu)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya),所(suo)以(yi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)正(zheng)弦(xian)波(bo)振(zhen)幅(fu)越(yue)大(da)時(shi),導(dao)通(tong)時(shi)間(jian)變(bian)越(yue)短(duan),而(er)電(dian)容(rong)電(dian)流(liu)I 會越大,同時電感電流亦越大,因此具有良好高功因的表現,調整採樣電阻阻值則可隨意改變LED負載電流大小。此外NIKO-SEM 之LED 驅動器提供一COMP 腳專門做輸入電壓以及輸出負載變化補償用,使LED 電流變化率得以控製在5%水準。
以下圖1 為NIKO-SEM提供之典型全電壓非隔離高功因BUCK架構LED 驅動電路。 在圖1 中,電阻R3、電容C4 為峰值電流採樣元件,串聯於飛輪二極體D1 的電阻R4 為平均電流採樣元件,作為當功率電晶體關閉時LED 負載電流的採樣工作,電阻R4 的每個工作週期電壓經過電阻R5、電容C5 積分成一平坦直流電壓值,當LED 負載電流越大則電阻R5、電容C5 積分的電壓值越高,同時,輸入電壓越高時電阻R5、電容C5 jifendedianyazhiyiyuegao,jicikebuchangshurudianyayijishuchufuzaibianhua。cidianyazhiyugonglvdianjingtizaidudaotongshidiejiafengzhidianliu採yangdianya,chanshengfengzhidianliu採yangjiapingjundianliu採yangshuanghuishoukongzhi,gongtongdiejiadexunhaoVLD 以及峰值電流採樣電壓VCS 如圖2 所示。雙回授控製應用時優先設定平均電流採樣電阻R4 阻值,公式為R4 = ILED / 0.25,然後再設定峰值電流採樣電阻R3 阻值,公式為R3 = R4 / K,K=3.75。

圖1 典型全電壓非隔離高功因之BUCK 架構LED 驅動電路

圖2 高功因之BUCK 架構LED 驅動電路電壓電流波形
NIKO-SEM 提供之LED 驅動器係列恆流控製採用固定關斷時間控製模式,因此在高功因應用可工作在CCM 或DCM 模式。在BUCK 應用中操作在CCM 模式比起CRM 模(mo)式(shi)有(you)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)較(jiao)小(xiao)以(yi)及(ji)高(gao)低(di)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)下(xia)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)較(jiao)小(xiao)的(de)優(you)點(dian),使(shi)得(de)在(zai)高(gao)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)時(shi)導(dao)通(tong)損(sun)失(shi)以(yi)及(ji)交(jiao)換(huan)損(sun)失(shi)較(jiao)小(xiao),因(yin)此(ci)效(xiao)率(lv)較(jiao)高(gao)。此(ci)外(wai)操(cao)作(zuo)在(zai)CCM 模式需要考慮的是高輸入電壓時產生之二極體逆向回復電流IRR 流經功率電晶體與飛輪二極體之間的導通損失,所以在電感感量設計時要考量最高電感電流之波穀電流量要小於0.1A 以下,以避免產生逆向回復電流IRR 損失影響整體效率,同時讓功率電晶體以及飛輪二極體產生溫度較高現象。
NIKO-SEM 提供之LED 驅動器係列在驅動功率電晶體方麵採用的是源極驅動方式,搭配專利之IC 電源以交換工作模式,能有效降低IC 電源供電損失以及不需要額外輔助繞組及供電元件即可供應IC 電源正常工作,因此儲能電感可採用價格低的工形電感即可。 在保護功能方麵,NIKO-SEM 提供之LED 驅動器有過溫保護、燈管短路保護以及燈管開路保護。燈管開路保護利用積納二極體設定保護電壓直接偵測LED 輸出端電壓,開路動作電壓可設計接近於正常點亮之LED 端電壓,因此LED 輸出端之並聯濾波電容不用採用較高額定電壓,可降低電容成本與體積。
NIKO-SEM 提供之LED 驅動器係列在調光方麵,包含有線性調光、脈波調光以及叁端雙向可控矽開關元件(TRIAC)調光,以下圖3 所示,為NIKO-SEM 提供之全電壓TRAIC 調光非隔離高功因BUCK 架構LED 驅動電路方案。

圖3 全電壓TRAIC 調光非隔離高功因之BUCK 架構LED 驅動電路
NIKO-SEM 提供之LED 驅動器係列可支援多種應用方案提供非常高的能效,而且電路簡捷,適合不同的中低功率LED 一般照明應用。NIKO-SEM LED 驅動器產品係列有N3201M 採SOT26 封裝,N3201V 採SOP8 封裝。內含高壓MOSFET 則有N3101V、N3102V 分別內置1A 及2A 高壓MOSFET,採SOP8 封裝適用於8W以下LED 燈泡應用。此外NIKO-SEM 提供之LED 驅動器係列除BUCK 應用外尚可應用在其它非隔離之BOOST 以及BUCK-BOOST 拓樸,在隔離型拓撲則可應用在次級回授穩流(SSR)應用。
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