介紹幾個(gè)隔離式LED驅動(dòng)電源方案

引言

在全球能源短缺、環(huán)保要求不斷提高的背景下，世界各國均大力發(fā)展綠色節能照明。LED照明作為一種革命性的節能照明技術(shù)，正在飛速發(fā)展。然而，LED驅動(dòng)電源的要求也在不斷提高。高效率、高功率因數、安全隔離、符合EMI標準、高電流控制精度、高可靠性、體積小、成本低等正成為LED驅動(dòng)電源的關(guān)鍵評價(jià)指標。

1 LED驅動(dòng)電源的具體要求

LED是低壓發(fā)光器件，具有長(cháng)壽命、高光效、安全環(huán)保、方便使用等優(yōu)點(diǎn)。對于市電交流輸入電源驅動(dòng)，隔離輸出是基于安全規范的要求。LED驅動(dòng)電源的效率越高，則越能發(fā)揮LED高光效，節能的優(yōu)勢。同時(shí)高開(kāi)關(guān)工作頻率，高效率使得整個(gè)LED驅動(dòng)電源容易安裝在設計緊湊的LED燈具中。高恒流精度保證了大批量使用LED照明時(shí)的亮度和光色一致性。

2 10W以下功率LED燈應用方案

目前10W以下功率LED應用廣泛，眾多一體式產(chǎn)品面世，即LED驅動(dòng)電源與LED燈整合在一個(gè)燈具中，方便了用戶(hù)直接使用。典型的燈具規格有GU10、E27、PAR30等。

針對這一應用，我們設計了如下方案(見(jiàn)圖1)

圖1 基于A(yíng)P3766的LED驅動(dòng)電路原理圖

該方案特點(diǎn)如下：

1. 基于最新的LED專(zhuān)用驅動(dòng)芯片AP3766，采用原邊控制方式，無(wú)須光耦和副邊電流控制電路，實(shí)現隔離恒流輸出，電路結構簡(jiǎn)單。通過(guò)電阻R5檢測原邊電流，控制原邊電流峰值恒定，同時(shí)控制開(kāi)關(guān)占空比，保持輸出二極管D1的導通時(shí)間和整個(gè)開(kāi)關(guān)周期時(shí)間比例恒定，實(shí)現了輸出電流的恒定。

2. AP3766采用專(zhuān)有的“亞微安啟動(dòng)電流”技術(shù)，僅需0.6μA的啟動(dòng)電流，因此降低了啟動(dòng)電阻R1和R2上的功耗，提高了系統效率。典型5W應用效率大于80%，空載功耗小于30mW。

3. AP3766采用恒流收緊技術(shù)實(shí)現垂直的恒流特性，恒流精度高。

4. 電路元件數量少，AP3766采用SOT-23-5封裝，體積小，整個(gè)電路可以安裝在常用規格燈杯中。

5. 安全可靠，隔離輸出，具有輸出開(kāi)路保護、過(guò)壓保護及短路保護功能。

6. 功率開(kāi)關(guān)管采用三極管，省去了高壓場(chǎng)效應管，系統成本低。

圖2為該方案的5W應用電路樣機實(shí)物照片。圖3是基于A(yíng)P3766的5W LED驅動(dòng)裝置實(shí)物照片。圖4為基于A(yíng)P3766的5W LED驅動(dòng)電路滿(mǎn)載效率隨交流輸入電壓變化曲線(xiàn)。圖5為基于A(yíng)P3766的5W LED驅動(dòng)電路滿(mǎn)載輸出IV特性曲線(xiàn)。

3 10～60W功率LED路燈、LED直管燈應用方案

IEC國際電工委員會(huì )對照明燈具提出明確的諧波要求，即IEC61000-3-2標準。因此對于較大功率LED照明應用，采用功率因數校正(PFC)控制技術(shù)成為必需。對于60W以下應用，有高性?xún)r(jià)比單級PFC控制方案，該方案電路原理圖如圖6所示。

圖6 基于A(yíng)P166+AP4313的LED驅動(dòng)電路原理圖

該方案特點(diǎn)有：

1 單級PFC方案，只用一級反激式電路拓撲，同時(shí)實(shí)現功率因數校正和隔離恒流輸出。元件數量少、體積小、性?xún)r(jià)比高。

2 高功率因數，采用有源功率因數校正控制芯片AP1661，功率因數PF>0.9，滿(mǎn)足IEC61000-3-2諧波標準。

3 采用副邊恒壓恒流控制芯片AP4313，恒流精度高，輸出電流誤差3%。

4 高效率，滿(mǎn)載效率高達90%。

5 安全可靠，隔離輸出，具有輸出開(kāi)路保護，過(guò)壓保護及短路保護功能。

AP1661是一款工作于臨界導通模式下的有源功率因數校正控制芯片，可廣泛應用于開(kāi)關(guān)電源、LED驅動(dòng)和電子鎮流器的預調整變換器控制。該芯片內部包括1個(gè)啟動(dòng)定時(shí)器可滿(mǎn)足待機應用要求，1個(gè)能實(shí)現接近于1的功率因數的單象限乘法器和1個(gè)零電流檢測模塊確保臨界斷續方式工作。AP1661的圖騰柱驅動(dòng)輸出能夠為外部MOSFET或IGBT提供最大600mA驅動(dòng)電流和800mA關(guān)斷電流能力。采用了先進(jìn)的雙極型互補金屬氧化物半導體設計和制造工藝，具有低啟動(dòng)電流，低工作電流和低功耗的特點(diǎn)。AP1661同時(shí)具有完善的保護功能，包括過(guò)壓保護、帶有滯后的輸入欠壓鎖定和乘法器輸出嵌位以限制開(kāi)關(guān)最大峰值電流。圖7為該方案60W應用電路樣機實(shí)物照片。圖8為應用該方案LED直管燈實(shí)物照片。

4 60～150W大功率LED路燈應用方案

在戶(hù)外照明部分，中國每年路燈市場(chǎng)需求量都在2000萬(wàn)盞以上，中國城市改造、城鎮建設、住宅建設及道路建設對于大功率、高亮度、節能的LED路燈產(chǎn)品的市場(chǎng)需求是極其龐大的。

在更大功率應用條件下，單級PFC電路難以同時(shí)兼顧PFC預調整和反激電路輸出恒流調整性能，這時(shí)需要采用兩級電路架構實(shí)現這一目標。因此，有新推出的PFC+PWM 兩級架構電路拓撲方案，該方案電路原理圖如圖9所示。

圖9 基于A(yíng)P1661+AP3102的LED驅動(dòng)電路原理圖

該電路采用Boost PFC+Flyback兩級拓撲結構，控制芯片采用PFC控制芯片AP1661，PWM控制芯片AP3102和副邊恒流控制芯片AP4310。該電路方案優(yōu)點(diǎn)是輸入/輸出電容小，輸出紋波小，隔離輸出，功率因數高，電流精度控制在2%以?xún)?，可靠性高。圖10為該方案的90W應用電路樣機實(shí)物照片。圖11為應用該方案大功率LED路燈燈具照片。

圖11　大功率LED路燈燈具照片

圖12 90W LED電源滿(mǎn)載效率曲線(xiàn)