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LED電源設計及經(jīng)驗匯編

作者: 時(shí)間:2016-12-08 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

的散熱,暴曬則容易引起高溫和電線(xiàn)及其他元器件的老化,從實(shí)際使用中的經(jīng)驗來(lái)看,旋轉接線(xiàn)插頭的故障率較高,多數為漏水造成故障。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201612/328060.htm

  7、模塊化設計。

  模塊化設計已經(jīng)成為當今的潮流,必須在模塊電源一體化上想辦法,,如果電源能用插拔的方式解決維護問(wèn)題,一定會(huì )受到用戶(hù)的歡迎,同時(shí)還需建立接口標準化,讓不同廠(chǎng)家的LED燈電源能夠通用。

  高效高可靠LED燈具設計的五點(diǎn)忠告。

  不要使用雙極型功率器件

  Doug Bailey指出由于雙極型功率器件比MOSFET便宜,一般是2美分左右一個(gè),所以一些設計師為了降低LED驅動(dòng)成本而使用雙極型功率器件,這樣會(huì )嚴重影響電路的可靠性,因為隨著(zhù)LED驅動(dòng)電路板溫度的提升,雙極型器件的有效工作范圍會(huì )迅速縮小,這樣會(huì )導致器件在溫度上升時(shí)故障從而影響LED燈具的可靠性,正確的做法是要選用MOSFET器件,MOSFET器件的使用壽命要遠遠長(cháng)於雙極型器件。

  MOSFET的耐壓不要低於700V

  耐壓600V的MOSFET比較便宜,很多認為L(cháng)ED燈具的輸入電壓一般是220V,所以耐壓600V足夠了,但是很多時(shí)候電路電壓會(huì )到340V,在有浪涌的時(shí)候,600V的MOSFET很容易被擊穿,從而影響了LED燈具的壽命,實(shí)際上選用600VMOSFET可能節省了一些成本但是付出的卻是整個(gè)電路板的代價(jià),所以,“不要選用600V耐壓的MOSFET,最好選用耐壓超過(guò)700V的MOSFET?!彼麖娬{。

  盡量不要使用電解電容

  LED驅動(dòng)電路中到底要不要使用電解電容?目前有支持者也有反對者,支持者認為如果可以將電路板溫度控制好,依次達成延長(cháng)電解電容壽命的目的,例如選用 105度壽命為8000小時(shí)的高溫電解電容,根據通行的電解電容壽命估算公式“溫度每降低10度,壽命增加一倍”,那么它在95度環(huán)境下工作壽命為 16000小時(shí),在85度環(huán)境下工作壽命為32000小時(shí),在75度環(huán)境下工作壽命為64000小時(shí),假如實(shí)際工作溫度更低,那么壽命會(huì )更長(cháng)!由此看來(lái),只要選用高品質(zhì)的電解電容對驅動(dòng)電源的壽命是沒(méi)有什麼影響的!

  還有的支持者認為由無(wú)電解電容帶來(lái)的高紋波電流而導致的低頻閃爍會(huì )對某些人眼造成生理上的不適,幅度大的低頻紋波也會(huì )導致一些數碼像機設備出現差頻閃爍的亮暗柵格。所以,高品質(zhì)光源燈具還是需要電解電容的。不過(guò)反對者則認為電解電容會(huì )自然老化,另外,LED燈具的溫度極難控制,所以電解電容的壽命必然會(huì )減少,從而影響LED燈具的壽命。

  對此,Doug Bailey認為,在LED驅動(dòng)電路輸入部分可以考慮不用電解電容,實(shí)際上使用PI的Link Switch-PH就可以省去電解電容,PI的單級PFC/恒流設計可以讓設計師省去大容量電容,在輸出電路中,可以用高耐壓陶瓷電容來(lái)代替電解電容從而提升可靠性,“有的人在設計兩級電路的時(shí)候,在輸出采用了一個(gè)400V的電解電容,這會(huì )嚴重影響電路的可靠性,建議采用單級電路用陶瓷電容就可以了?!彼麖娬{?!皩恫惶P(guān)注調光功能、高溫環(huán)境及需要高可靠性的工業(yè)應用來(lái)說(shuō),我強烈建議不采用電解電容進(jìn)行設計?!?/p>

  盡量使用MOSFET器件

  如果設計的LED燈具功率不是很高,Doug建議使用集成了MOSFET的LED驅動(dòng)器產(chǎn)品,因為這樣做的好處是集成MOSFET的導通電阻少,產(chǎn)生的熱量要比分立的少,另外,就是集成的MOSFET是控制器和FET在一起,一般都有過(guò)熱關(guān)斷功能,在MOSFET過(guò)熱時(shí)會(huì )自動(dòng)關(guān)斷電路達到保護LED燈具的目的,這對LED燈具非常重要,因為L(cháng)ED燈具一般很小巧且難以進(jìn)行空氣散熱?!坝械臅r(shí)候會(huì )發(fā)生LED因過(guò)熱燃燒傷人的情況,但是我們的方案從來(lái)不會(huì )這樣的?!彼硎?。

  盡量使用單級架構電路

  Doug表示有些LED電路采用了兩級架構,即“PFC(功率因數校正)+隔離DC/DC變換器”的架構,這樣的設計會(huì )降低電路的效率。例如,如果 PFC的效率是95%,而DC/DC部分的效率是88%,則整個(gè)電路的效率會(huì )降低到83.6%!“PI的Link Switch-PH器件同時(shí)將PFC/CC控制器、一個(gè)725VMOSFET和MOSFET驅動(dòng)器集成到單個(gè)封裝中,將驅動(dòng)電路的效率提升到 87%!”Doug指出,“這樣的器件可大大簡(jiǎn)化電路板布局設計,最多能省去傳統隔離反激式設計中所用的25個(gè)元件,省去的元件包括高壓大容量電解電容和光耦器?!盌oug表示LED兩級架構適用於必須使用第二個(gè)恒流驅動(dòng)電路才能使PFC驅動(dòng)LED恒流的舊式驅動(dòng)器。這些設計已經(jīng)過(guò)時(shí),不再具有成本效益,因此在大多數情況下都最好采用單級設計。

  如何提高LED驅動(dòng)電源可靠性設計

  目前LED 驅動(dòng)電源存在驅動(dòng)能力較低,保護功能較少,輸出電壓電流不穩定,可靠性差等問(wèn)題,很難達到要求,根據設計經(jīng)驗提出了驅動(dòng)電源硬件電路的設計方案,本設計能夠很好地提高LED 驅動(dòng)電源的可靠性。

  總體電路設計

  LED 驅動(dòng)電源的總體設計如圖1 所示。圖1 中主電路中U 為220 V 交流輸入電壓; RC,CC和DC構成RCD 電路; T 為變壓器; S 為開(kāi)關(guān)管; D 為整流二極管; C為整流電容; RC為采樣電阻,具體電路如圖1 所示。

  電路在設計時(shí)考慮到電路的可靠性,輸入端應具有隔離電路,以保護電網(wǎng)和用電設備的安全。輸入端設計了輸入保護電路,用來(lái)保護LED 驅動(dòng)電源在電網(wǎng)側產(chǎn)生脈動(dòng)瞬態(tài)干擾下能夠正常工作,并有效抑制共模和差模干擾。為了提高電路的功率因數,電路中采用了有源功率因數校正電路。為了實(shí)現恒流輸出,采用電流反饋控制,RC采樣電阻感應輸出電流大小,與參考點(diǎn)電壓進(jìn)行比較,輸出信號通過(guò)光電耦合電路輸入到控制器,產(chǎn)生PWM 控制信號,控制變壓器的工作方式,已達到變壓器恒流輸出。

圖1 LED 驅動(dòng)電源總體設計電路

   部分電路設計

 ?。?1) 輸入保護電路設計

  LED 大功率燈驅動(dòng)電源一般用在室外,用電環(huán)境相對比較惡劣,且外界的各種干擾容易使電源出現問(wèn)題。同時(shí),LED 燈驅動(dòng)電源的故障,也容易對電網(wǎng)的安全造成隱患。因此,有必要在輸入端設計保護電路,用來(lái)保護用電設備和電網(wǎng)的安全。

  電路中有負溫度系數熱敏電阻,用來(lái)啟動(dòng)過(guò)電流保護。通過(guò)保險絲進(jìn)行過(guò)電流保護。利用壓敏電阻來(lái)抑制瞬變傳導產(chǎn)生的干擾,吸收輸入端的浪涌和脈沖干擾。電路中設有共模與差模干擾抑制電路,用來(lái)減小LED 驅動(dòng)電源對其他用電設備的干擾,同時(shí)可以抑制外界用電設備對驅動(dòng)電源的干擾。

 ?。?2) 功率因數校正電路

  將交流220 V 市電經(jīng)整流后供給負載使用,最常用的整流方式是由4 個(gè)二極管組成的整流橋將交流電變換為直流電,但是這種方法存在著(zhù)一個(gè)無(wú)法避免的缺點(diǎn): 由二極管和電容組成的非線(xiàn)性電路會(huì )產(chǎn)生大量的電流諧波和無(wú)功功率,造成電網(wǎng)的污染。這種諧波污染不僅會(huì )使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變,而且還會(huì )造成用電設備的故障和損壞。另外,用電設備的功率因數越高,則有功功率所占的比重越大,設備就越節能。

  為了提高功率因數,需要做兩個(gè)方面的工作: 一方面減小輸入電流和輸入電壓之間的相位差φ,努力使兩者同相位; 另一方面,需要減小輸入電流的諧波含量,采取一定的方法使輸入電流的波形接近正弦波。

  基于上述要求,可以采用安森美公司生產(chǎn)的MC33260 芯片作為有源功率因數控制芯片,此芯片只需要使用最少的外部元件便可以實(shí)現控制要求,可以極大地減小電感和功率開(kāi)關(guān)的尺寸,降低系統的成本且功能還能達到要求。電路如圖2 所示。

圖2 功率因數校正電路

 ?。?) RCD 緩沖電路設計

  為了防止開(kāi)關(guān)管被峰值電壓擊穿,通??梢圆捎玫姆椒ㄓ腥缦聝煞N: 一是減小漏感,二是通過(guò)設計RCD 緩沖電路吸收很高的電壓尖峰能量。雖然在變壓器的加工過(guò)程中將線(xiàn)圈纏緊并緊密地包圍住氣隙,然后將線(xiàn)圈外圍包上銅箔可以有效地減小漏感; 但變壓器漏感無(wú)法完全消失,因此需要設計RCD 電路對電壓峰值進(jìn)行吸收,電路如圖3 所示。

圖3 RCD 緩沖電路

 ?。?) 變換電路設計

  LED 路燈驅動(dòng)電源所需的輸出功率較大,需要較高的轉換效率,且需要較好的調節性和較小的紋波,由于考慮到需要將LED 照明裝置與電網(wǎng)隔離,以提高安全性,所以采用單端反激式DC-DC 變換器,這種隔離式的DC-DC 變換電路的變壓器不僅具有隔離和變壓的作用,還具有電感的特性,可以起到儲存能量的作用,且變換器工作于連續工作模式。這種變換器特別適用于功率為100 W ~ 200 W 之間的電源,且輸出電壓較高,輸出電流較小的場(chǎng)合。這種工作模式雖然會(huì )使變壓器副邊的二極管損耗較大,但可以減小變壓器的鐵芯損耗。變壓器副邊產(chǎn)生的串擾可以采用串聯(lián)飽和電感的方式來(lái)進(jìn)行抑制?! 。?) PWM 控制電路設計

  DC-DC 變換器的PWM 控制原理有兩種: 電壓控制型和電流控制型??紤]到穩定性問(wèn)題,我們采用電流控制型PWM 控制器,即NCP1230 模塊( 圖4) .它是一種峰值電流控制模式的PWM 控制器,具有向前極供電的功能,在空載時(shí)關(guān)閉PFC 電路,能夠提高電源的效率。這款芯片還具有周期跳頻,內部斜坡電壓補償,軟啟動(dòng)等一系列功能。

圖4 NCP1230 模塊PWM 控制電路

  電路的EMC 防護

LED 燈的驅動(dòng)電源受安裝環(huán)境條件的影響,很容易受到電磁干擾,特別是雷擊干擾。為此,驅動(dòng)電



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