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[導(dǎo)讀]   隨著LED燈在眾多領(lǐng)域里的應(yīng)用,譬如商業(yè)照明和家庭照明,LED照明已全面有取代傳統(tǒng)白熾燈和熒光燈之勢(shì),因?yàn)橄啾葌鹘y(tǒng)照明,LED照明盡管在價(jià)格上偏貴于傳統(tǒng)照明,但它具備節(jié)能,光效高,壽命長,無

  隨著LED燈在眾多領(lǐng)域里的應(yīng)用,譬如商業(yè)照明和家庭照明,LED照明已全面有取代傳統(tǒng)白熾燈和熒光燈之勢(shì),因?yàn)橄啾葌鹘y(tǒng)照明,LED照明盡管在價(jià)格上偏貴于傳統(tǒng)照明,但它具備節(jié)能,光效高,壽命長,無污染等顯著優(yōu)點(diǎn),所以,LED照明能在短時(shí)內(nèi)被市場認(rèn)同。另外,隨著能源資源無節(jié)制地消耗,帶有節(jié)能性能的照明產(chǎn)品已受到政府組織的推廣,一些國家的能源組織也有發(fā)布相關(guān)政策,補(bǔ)貼滿足其標(biāo)準(zhǔn)的照明產(chǎn)品。如商業(yè)照明產(chǎn)品功率因數(shù)大于0.9,家用大于0.7就是美國能源之星的強(qiáng)制要求之一。所以在關(guān)注LED燈高光效,長壽命特點(diǎn)的同時(shí),在保證低元器件成本的前提下,設(shè)計(jì)出具有高功率因數(shù)且性能高可靠LED驅(qū)動(dòng)方案變得尤為重要。

  1 LED照明的發(fā)展概述

  消費(fèi)者從傳統(tǒng)照明轉(zhuǎn)換到LED照明是已經(jīng)被認(rèn)為是大勢(shì)所趨,有文章指出,LED照明相比白熾燈可以節(jié)省80%的能源,其壽命可以長至10年-20年之久。另外,LED燈相比緊湊性節(jié)能燈,不含有對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì),如水銀,汞等重金屬物質(zhì),也沒有像節(jié)能燈(CFL)在啟動(dòng)時(shí)暖燈時(shí)間長的問題,所以在全球資源緊張的大環(huán)境下,平衡到對(duì)環(huán)境與能源的厲害關(guān)系,政策上也會(huì)加速推廣LED照明,因?yàn)長ED照明在發(fā)光原理、節(jié)能、環(huán)保的層面上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)照明產(chǎn)品,盡管短時(shí)間內(nèi)LED照明的成本很高,譬如傳統(tǒng)60W白熾燈零售價(jià)格只有7W LED燈的1/10還不到,所以家庭用戶現(xiàn)階段對(duì)LED燈的價(jià)格承受能力還是有限的,但另一方面,在大多新建設(shè)中的商業(yè)照明市場中,如酒店和商場都使用了LED照明,已鮮見再有傳統(tǒng)照明的影子。

  本文就將主要探討LED照明的驅(qū)動(dòng)部分,怎樣降低輸入電流諧波,提高輸入功率因數(shù)。發(fā)達(dá)國家在照明領(lǐng)域里的能源問題已非常重視,譬如歐洲能源標(biāo)準(zhǔn)EVP5和美國能源之星在這方面已明確規(guī)定,住宅照明驅(qū)動(dòng)器的功率因數(shù)PF必須大于0.7,商業(yè)照明大于0.9的強(qiáng)制性要求。

  2 降壓式LED驅(qū)動(dòng)器

  2.1 介紹說明降壓式LED驅(qū)動(dòng)器

  三種常用的基本電源轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)通常是指降壓BUCK,升壓BOOST和升降壓BOOK-BOOST結(jié)構(gòu),它們都是非隔離式的,輸入和輸出電壓共同接在同一地線上。每種結(jié)構(gòu)都有其自身的特性,如靜態(tài)電壓轉(zhuǎn)換率,輸入輸出電流特性,輸出電壓紋波和最重要的頻率響應(yīng)特性,最普遍和最簡單的結(jié)構(gòu)要數(shù)降壓式BUCK結(jié)構(gòu),通常設(shè)計(jì)時(shí)選擇降壓結(jié)構(gòu)是基于LED上的輸出電壓總是小于輸入電壓,并且可以用非隔離式結(jié)構(gòu)。這里再提一下降壓式結(jié)構(gòu)的另外一個(gè)特點(diǎn),因?yàn)橹鏖_關(guān)管的電流在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)都是由零上升到額定值,所以它的輸入電流總是非連續(xù)的,而輸出電流時(shí)連續(xù)的,這是由于輸出電流是依靠電感和輸出端的電容會(huì)提供的。

  在實(shí)際LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中,對(duì)于中、高LED電壓輸出都會(huì)采用降壓式結(jié)構(gòu),因?yàn)椴粌H結(jié)構(gòu)簡單,而且元件成本和轉(zhuǎn)換效率上有明顯的優(yōu)點(diǎn),所以其應(yīng)用非常廣。

  

  圖2.1:降壓結(jié)構(gòu)線路圖和測試值

  圖2.1是一個(gè)常規(guī)的BUCK降壓式線路,芯片是恩智浦公司的SSL2109控制器,原理圖上可以看出它的外圍元件非常少,電路非常簡單,電感只需要一個(gè)繞組,不像其它控制器必須依靠另外的輔助繞組給芯片供電,這里它是采用了一顆高壓瓷片電容C5,連接到主開關(guān)管柵極來進(jìn)行充電,所以芯片啟動(dòng)后,正常工作的電平都來自于這顆電容的作用。效率方面,它能達(dá)到90%以上,不足之處就是功率因數(shù)只有0.55左右,如圖2.1右側(cè)上的曲線所示。

  2.2 降壓式結(jié)構(gòu)LED驅(qū)動(dòng)器的工作原理

  降壓BUCK電路的主要運(yùn)行波形圖如圖2.2所示,紫色通道是通過主開關(guān)管Q1的漏、源極間的電流波形,綠色通道是主開關(guān)管Q1的漏極電壓波形,藍(lán)色通道是輸入電流波形,黃色通道是輸入電壓的波形。

  

  圖2.2:降壓結(jié)構(gòu)測試波形

  可以看到流過主開關(guān)管的電流平均值基本是一條水平線,主要原因是整流后的濾波電容(C1,C2)容量很大,其充滿后的存貯電壓足夠已在整個(gè)周期內(nèi)泄放,所以輸入電壓總是會(huì)高于輸出電壓,每個(gè)周期內(nèi)流過開關(guān)管的電流通過電阻R5轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)與芯片腳4檢測比較,一般芯片內(nèi)部的電流參考腳的電平是一個(gè)固定值,通常0.5V左右,當(dāng)達(dá)到參考值后,主開關(guān)管就停止工作,再等待下一個(gè)開通信號(hào),就是檢測到開關(guān)管上的最低谷底電壓時(shí),芯片再提供開通驅(qū)動(dòng)信號(hào)給主開關(guān)管的柵極。所以,開關(guān)管每個(gè)周期的電流大小基本一致,這也就造成輸入線上電流(圖2.2中的淺藍(lán)色通道)的變化不是跟隨輸入電壓(圖2.2中的黃色通道)的變化而變化,所以在這種設(shè)計(jì)里,輸入功率因數(shù)會(huì)非常低,電流諧波也很大。

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