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LED換代燈的驅(qū)動方案介紹

作者: 時間:2012-11-04 來源:網(wǎng)絡 收藏

本應用筆記討論了MR16及類似燈的

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/167417.htm

MR16及換代燈的LED驅(qū)動方案

圖1. 參考設計原理圖

電子變壓器及調(diào)光的兼容性問題

電子變壓器是傳統(tǒng)磁變壓器的替代產(chǎn)品,具有更低成本、更小尺寸,而且更加輕便,能夠?qū)?20VAC/230VAC電源電壓轉(zhuǎn)換成12VAC,用于MR16燈供電。電子變壓器對頻率為35kHz至40kHz的輸入交流電壓進行調(diào)制,然后將信號送入高頻變壓器,把120VAC/230VAC轉(zhuǎn)換成12VAC。由于采用了高頻調(diào)制技術,允許使用尺寸小而且輕便的變壓器,成本也降低了許多。利用自激電路實現(xiàn)35kHz至40kHz調(diào)制,雙極型晶體管的基極,晶體管功能如同半橋開關。

電子變壓器是針對鹵素燈(而非燈)負載設計的,為了配合變壓器正常工作,要求在整個交流電周期內(nèi)保持一個最小負載電流。如果負載電流下降到該電流以下,或者出現(xiàn)大的負載電流瞬變導致其低于最小負載電流,變壓器將在交流電周期內(nèi)關斷,從而造成燈的閃爍。使用鹵素燈時,由于負載表現(xiàn)為純電阻,而且功率超過20W,任何時候都有足夠的負載電流,不會出現(xiàn)閃爍問題。此外,電子變壓器是專門針對鹵素燈等電阻負載設計的。

當電子變壓器配合鹵素燈或白熾燈工作時,需要解決兩個問題。

通常情況下,燈并非純電阻負載。特別是當器是由一個簡單的電壓整流器和后續(xù)的DC-DC轉(zhuǎn)換器構成時,輸入電流是輸入電壓每半個周期的短脈沖電流,這不利于變壓器工作。

燈的效率高于鹵素燈,這當然是件好事。但另一方面,由于LED燈的負載電流很小,在與電子變壓器配合工作時存在兼容性問題。

除了電子變壓器,系統(tǒng)中的切角調(diào)光器可能放置在變壓器的前端。典型應用中大多采用后沿切角調(diào)光器,因為前沿調(diào)光器(例如,三端雙向可控硅開關)調(diào)光器不能正確地配合電子變壓器工作。

后沿調(diào)光器通過在交流電的每半個周期切斷最后部分來降低燈的亮度。

有些基礎架構中仍然使用磁變壓器,而非電子變壓器。類似于電子變壓器,磁變壓器同樣要求阻性負載和最小負載電流。系統(tǒng)中使用調(diào)光器(通常采用前沿調(diào)光配合磁變壓器工作)時,調(diào)光器要求阻性負載和一個最小負載電流。簡而言之,LED器將面臨與電子變壓器相同的設計挑戰(zhàn)。

電路說明

電路采用buck-boost轉(zhuǎn)換器,外部元件包括:電感L1、開關MOSFET Q1、功率二極管D6。工作在固定頻率、連續(xù)導通模式。

本文采用有源功率因數(shù)修正(PFC)架構控制輸入電流并對其進行整形,以便配合電子變壓器和調(diào)光器工作。有源PFC提供最佳的輸入電流控制,使輸入電流在交流電的絕大部分周期內(nèi)保持在調(diào)光器和變壓器要求的最小值以上,從而避免電流的瞬態(tài)跳變。有源PFC也是設計調(diào)光燈的最佳,可以避免閃爍。

有源PFC不需要在輸入端使用大電容(例如,電解電容),從而使該設計更具競爭力。設計中的輸入電容(C2)容值很小,允許使用陶瓷電容。方案中由于避免了電解電容的使用,可有效延長LED燈的使用壽命。

LED燈需要通過散熱耗散絕大部分功率,而MR16 LED燈的尺寸非常小,所能提供的散熱空間也非常有限,這就使得這些燈管通常工作在+80°C至+100°C高溫環(huán)境下。即使采用最高級的電解電容,在如此高的溫度下也很難支撐10,000小時以上的工作時間,由此制約了LED燈的使用壽命。

方案中的有源PFC將輸入電流整形為方波,如圖2所示。

圖2. LED驅(qū)動器的輸入電流

圖2. LED驅(qū)動器的輸入電流

輸入電流整形成方波是最好的控制方案:能夠在整個交流電周期內(nèi)將其數(shù)值(變壓器和調(diào)光器負載電流)保持在所要求的最小值以上。

控制電路由R8 (檢流電阻)、R7和C9構成,R7和C9提供平均MOSFET電流,與平均輸入電流相同;

MAX16834能夠在交流輸入的每個周期內(nèi)保持該電流恒定。

由于該方案不帶電解電容,LED電流為整流后的正弦波(沒有調(diào)光)或者是被部分切角的整流正弦波(帶有調(diào)光),交流電壓周期之間沒有儲存能量(圖3)。

圖3. LED電流為整流后的正弦波,頻率是交流電的兩倍。

圖3. LED電流為整流后的正弦波,頻率是交流電的兩倍。

MAX16834的輸出端具有過壓保護(OVP)。借助OVP電路,當LED出現(xiàn)開路或斷開時,驅(qū)動器將自動關閉,不會損壞驅(qū)動器。

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