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LED灯高功率因数驱动器的计划计划(一)

时间:2020-04-22 01:39 来源:国际ag旗舰厅 点击:

  照明尽管在价格上偏贵于传统照明,但它具备节能,光效高,寿命长,无污染等显着优点,所以,LED照明能在短时内被市场认同。另外,随着能源资源无节制地消耗,带有节能性能的照明产品已受到政府组织的推广,一些国家的能源组织也有发布相关政策,补贴满足其标准的照明产品。如商业照明产品因数大于0.9,家用大于0.7就是美国能源之星的强制要求之一。所以在关注LED灯高光效,长寿命特点的同时,在保证低元器件成本的前提下,设计出具有高

  消费者从传统照明转换到LED照明是已经被认为是大势所趋,有文章指出,LED照明相比白炽灯可以节省80%的能源,其寿命可以长至10年-20年之久。另外,LED灯相比紧凑性节能灯,不含有对环境有害的物质,如水银,汞等重金属物质,也没有像节能灯(CFL)在启动时暖灯时间长的问题,所以在全球资源紧张的大环境下,平衡到对环境与能源的厉害关系,政策上也会加速推广LED照明,因为LED照明在发光原理、节能、环保的层面上都远远优于传统照明产品,尽管短时间内LED照明的成本很高,譬如传统60W白炽灯零售价格只有7W LED灯的1/10还不到,所以家庭用户现阶段对LED灯的价格承受能力还是有限的,但另一方面,在大多新建设中的商业照明市场中,如酒店和商场都使用了LED照明,已鲜见再有传统照明的影子。

  本文就将主要探讨LED照明的驱动部分,怎样降低输入电流谐波,提高输入功率因数。发达国家在照明领域里的能源问题已非常重视,譬如欧洲能源标准EVP5和美国能源之星在这方面已明确规定,住宅照明驱动器的功率因数PF必须大于0.7,商业照明大于0.9的强制性要求。

  三种常用的基本电源转换结构通常是指降压BUCK,升压BOOST和升降压BOOK-BOOST结构,它们都是非隔离式的,输入和输出电压共同接在同一地线上。每种结构都有其自身的特性,如静态电压转换率,输入输出电流特性,输出电压纹波和最重要的频率响应特性,最普遍和最简单的结构要数降压式BUCK结构,通常设计时选择降压结构是基于LED上的输出电压总是小于输入电压,并且可以用非隔离式结构。这里再提一下降压式结构的另外一个特点,因为主开关管的电流在每个开关周期内都是由零上升到额定值,所以它的输入电流总是非连续的,而输出电流时连续的,这是由于输出电流是依靠电感和输出端的电容会提供的。

  在实际LED驱动器设计中,对于中、高LED电压输出都会采用降压式结构,因为不仅结构简单,而且元件成本和转换效率上有明显的优点,所以其应用非常广。

  图2.1:降压结构线是一个常规的BUCK降压式线路,芯片是恩智浦公司的SSL2109控制器,原理图上可以看出它的外围元件非常少,电路非常简单,电感只需要一个绕组,不像其它控制器必须依靠另外的辅助绕组给芯片供电,这里它是采用了一颗高压瓷片电容C5,连接到主开关管栅极来进行充电,所以芯片启动后,正常工作的电平都来自于这颗电容的作用。效率方面,它能达到90%以上,不足之处就是功率因数只有0.55左右,如图2.1右侧上的曲线 降压式结构LED驱动器的工作原理

  降压BUCK电路的主要运行波形图如图2.2所示,紫色通道是通过主开关管Q1的漏、源极间的电流波形,绿色通道是主开关管Q1的漏极电压波形,蓝色通道是输入电流波形,黄色通道是输入电压的波形。

  可以看到流过主开关管的电流平均值基本是一条水平线,主要原因是整流后的滤波电容(C1,C2)容量很大,其充满后的存贮电压足够已在整个周期内泄放,所以输入电压总是会高于输出电压,每个周期内流过开关管的电流通过电阻R5转换成电压信号与芯片脚4检测比较,一般芯片内部的电流参考脚的电平是一个固定值,通常0.5V左右,当达到参考值后,主开关管就停止工作,再等待下一个开通信号,就是检测到开关管上的最低谷底电压时,芯片再提供开通驱动信号给主开关管的栅极。所以,开关管每个周期的电流大小基本一致,这也就造成输入线中的浅蓝色通道)的变化不是跟随输入电压(图2.2中的黄色通道)的变化而变化,所以在这种设计里,输入功率因数会非常低,电流谐波也很大。

  为了满足能源之星和IEC(国际电工委员会的简称)相关要求,早期大多设计者采用被动填谷方式来提高输入功率因数,大致电路结构如下图3.1所示:


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