5W可調(diào)光帶功率因數(shù)校正的LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

一、電路特點(diǎn)描述

　　RD-251在12 V和18 V的LED燈串電壓下可提供350 mA單路恒流輸出。使用標(biāo)準(zhǔn)的AC市電可控硅調(diào)光器可將輸出電流降低至1% (3 mA)，這不會(huì)造成LED負(fù)載性能不穩(wěn)或發(fā)生閃爍。該電路可同時(shí)兼容低成本的前沿調(diào)光器和更復(fù)雜的后沿調(diào)光器。

　　該電路用于在通用AC輸入電壓范圍內(nèi)(85 VAC至265 VAC，47 Hz至63 Hz)進(jìn)行工作，但在0 VAC至300 VAC的輸入電壓范圍內(nèi)也不會(huì)造成損壞。這樣可以提升現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用可靠性，延長(zhǎng)在線(xiàn)電壓跌落和浪涌條件下的使用壽命。基于LinkSwitch-PL的設(shè)計(jì)可提供高功率因數(shù)(>0.9)，有助于滿(mǎn)足所有現(xiàn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，可使單個(gè)設(shè)計(jì)全球通用。

　　該電源所選用的外形可滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)梨形(A19) LED替換燈的要求。輸出采用非隔離式，要求外殼的機(jī)械設(shè)計(jì)能夠?qū)㈦娫摧敵龊蚅ED負(fù)載與用戶(hù)隔離。

　　二、電路原理圖

　　電路圖(去除突出顯示的結(jié)構(gòu)框即可用于非調(diào)光應(yīng)用)

　　注釋?zhuān)篊1、R22及C12未裝配。

　　對(duì)于非調(diào)光應(yīng)用，可去除有源衰減電路和泄放電路，以便檢測(cè)到以下元件： Q3、R20、R3、R4、R10、R11、C6及C3。 將R7、R8及R20替換為0歐電阻。

　　對(duì)于僅高壓應(yīng)用，要想匹配如REV 300 W這樣的高漏感調(diào)光器， 可微調(diào)Busch 2250 (600 W)或下列類(lèi)似元件。將F1替換為47/ 2W可熔電阻，將R7和R8替換為20，將C6替換為220 nF，將R10和R11替換為最小值510 /0.5 W，將C3替換為150nF，并將R16替換為1k/0.25 W。

　　三、電路原理分析

　　本電路為非隔離式、非連續(xù)導(dǎo)通模式反激轉(zhuǎn)換器電路，以350 mA的輸出電流為電壓為12V到18 V的LED燈串提供驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)器完全能夠在寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，并提供高功率因數(shù)。本電路可同時(shí)滿(mǎn)足輸入浪涌和EMI要求，其元件數(shù)較少，能夠使電路板尺寸滿(mǎn)足LED燈泡替換應(yīng)用的要求。

　　3.1調(diào)光性能電路設(shè)計(jì)指南

　　對(duì)于使用低成本的可控硅前沿相控調(diào)光器提供輸出調(diào)光的要求，我們需要在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行全面的權(quán)衡。由于LED照明的功耗非常低，整燈吸收的電流通常要小于調(diào)光器內(nèi)可控硅的維持電流。這樣會(huì)產(chǎn)生調(diào)光范圍受限和/或閃爍等不良情況。由于LED驅(qū)動(dòng)器的阻抗相對(duì)較大，因此在可控硅導(dǎo)通時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很?chē)?yán)重的振蕩。在可控硅導(dǎo)通的一瞬間，一股非常大的浪涌電流會(huì)流入驅(qū)動(dòng)器的輸入電容，從而激發(fā)線(xiàn)路電感并造成電流振蕩。這同樣會(huì)造成類(lèi)似不良情況，因?yàn)檎袷帟?huì)使可控硅電流降至零并關(guān)斷，同時(shí)造成LED燈閃爍。

　　為克服這些問(wèn)題，電路中采用了兩個(gè)電路功能塊–一個(gè)有源衰減電路和一個(gè)泄放電路。這些電路功能塊的缺點(diǎn)是會(huì)增大功耗，進(jìn)而降低電源的效率。

　　在本設(shè)計(jì)中衰減電路和泄放電路的取值能夠使一個(gè)電路板與的絕大多數(shù)調(diào)光器(600 W以

　　下的調(diào)光器并包括低成本前沿可控硅調(diào)光器)在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)正常工作。這一設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)在高壓輸入時(shí)將一個(gè)燈連接一個(gè)調(diào)光器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍照明。

　　一個(gè)燈在高壓下工作會(huì)導(dǎo)致最小輸出電流和最大浪涌電流(可控硅導(dǎo)通時(shí))，這代表最差情況。因此，主動(dòng)衰減電路和泄放電路的作用非常明顯：泄放電路可降低阻抗，衰減電路可提高阻抗。但這會(huì)增加功耗，進(jìn)而降低驅(qū)動(dòng)器的效率和整個(gè)系統(tǒng)的效能。

　　要求將多個(gè)燈連接到一個(gè)調(diào)光器以便正常工作會(huì)降低泄放電路所需的電流，此時(shí)可增大R10和R11的值并減小C6的值。

　　如果使燈具僅在低壓(85 VAC至132 VAC)下工作時(shí)，可在前沿可控硅調(diào)光器導(dǎo)通時(shí)出現(xiàn)的峰值電流大幅降低時(shí)降低R7和R8的值。

　　這兩種更改都會(huì)降低散耗和提高效率。

　　對(duì)于非調(diào)光應(yīng)用，可直接省去這些元件，用跳線(xiàn)替代R7和R8，從而提高效率，但不會(huì)改變其他性能特性。[!--empirenews.page--]3.2輸入EMI濾波和輸入整流

　　EMI濾波器經(jīng)優(yōu)化可降低對(duì)調(diào)光性能的影響。電阻R20為可熔電阻。如果某個(gè)元件故障會(huì)導(dǎo)致輸入電流過(guò)大，應(yīng)選擇可熔電阻來(lái)使開(kāi)路失效。與非PFC設(shè)計(jì)或無(wú)源PFC設(shè)計(jì)相比，薄膜電阻(相對(duì)于線(xiàn)繞電阻)是可以接受的。這會(huì)在輸入電容充電時(shí)降低瞬間功率耗散，但對(duì)于在高壓下工作的設(shè)計(jì)建議使用2 W的額定值。此外，它們可以限制相位超前可控硅調(diào)光器導(dǎo)通以及電容C4和C5充電時(shí)所產(chǎn)生的浪涌電流。當(dāng)可控硅以90度或270度角導(dǎo)通時(shí)出現(xiàn)最差條件(浪涌電流達(dá)到最大)，它對(duì)應(yīng)于A(yíng)C波形的波峰。最后，它們可以在前沿可控硅導(dǎo)通時(shí)衰減在A(yíng)C輸入阻抗與電源輸入級(jí)之間由浪涌電流再次導(dǎo)致的任何電流振蕩。

　　兩個(gè)π型差模濾波器EMI級(jí)與C1、R2、L1和C2一起形成一個(gè)級(jí)，C4、L2、R9和C5形成第二個(gè)級(jí)。在測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有要求C1滿(mǎn)足傳導(dǎo)EMI限值，因此沒(méi)有裝配。

　　AC輸入由BR1進(jìn)行整流，由C4和C5進(jìn)行濾波。所選取的總等效輸入電容(C4、C5與C6的和)可確保LinkSwitch-PL器件對(duì)AC輸入進(jìn)行正確的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，這對(duì)于在調(diào)光期間維持正常工作和實(shí)現(xiàn)最佳性能很有必要。

　　3.3 有源衰減電路

　　有源衰減電路用于限制調(diào)光器內(nèi)的可控硅導(dǎo)通時(shí)所產(chǎn)生的浪涌電流、相關(guān)電壓尖峰和振蕩。該電路在每個(gè)AC半周期的短暫時(shí)間內(nèi)連接與輸入整流管串聯(lián)的阻抗(R7和R8)，在剩下的AC周期則通過(guò)一個(gè)并聯(lián)SCR (Q3)旁路。電阻R3、R4和C3決定Q3導(dǎo)通前的延遲時(shí)間。

　　3.4 泄放電路

　　電阻R10、R11和C6形成泄放電路，確保初始輸入電流量足以滿(mǎn)足可控硅的維持電流要求，特別是在可控硅導(dǎo)通角不夠大的情況下。

　　對(duì)于非調(diào)光應(yīng)用，可同時(shí)去除有源衰減電路和泄放電路。為此，可刪除下列元件：Q3、R20、R3、R4、R10、R11、C6及C3。 將R7、R8及R20替換為0歐電阻。

　　3.5 LinkSwitch-PL初級(jí)

　　LNK457DG器件(U1)集成了功率開(kāi)關(guān)器件、振蕩器、輸出恒流控制、啟動(dòng)以及保護(hù)功能。集成的725 V MOSFET提供更寬的電壓裕量，即使在發(fā)生輸入浪涌的情況下仍可確保高可靠性。該器件通過(guò)去耦電容C9從旁路引腳獲得供電。啟動(dòng)后，C9由U1從內(nèi)部電流源并經(jīng)由漏極引腳進(jìn)行充電，然后在正常工作期間則由輸出經(jīng)由R15和D4進(jìn)行供電。

　　經(jīng)整流和濾波的輸入電壓加在T1初級(jí)繞組的一端。U1中集成的MOSFET驅(qū)動(dòng)變壓器初級(jí)繞組的另一側(cè)。D2、R13、R12和C7形成RCD-R箝位電路，對(duì)漏感引起的漏極電壓尖峰進(jìn)行限制。

　　二極管D6用于防止IC在功率MOSFET因反射輸出電壓超過(guò)DC總線(xiàn)電壓而關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生負(fù)向振蕩(漏極電壓振蕩低于源極電壓)，確保以最小輸入電容實(shí)現(xiàn)較高的功率因數(shù)。

　　3.6 輸出整流

　　變壓器的次級(jí)由D5整流，由C11濾波。選用肖特基勢(shì)壘二極管來(lái)提高效率。由于C11在AC過(guò)零點(diǎn)期間提供能量存儲(chǔ)，因此它的值決定了線(xiàn)電壓頻率輸出紋波的幅值(因采用全波整流而為2 x fL )。因此可根據(jù)所需的輸出紋波來(lái)調(diào)整該值。對(duì)于所顯示的680 微F值，輸出紋波為正負(fù)IO的50%。電阻R17和C10用來(lái)衰減高頻振蕩，改善傳導(dǎo)及輻射EMI。

　　3.7 輸出反饋

　　恒流模式設(shè)定點(diǎn)由R18上的電壓降決定，然后饋入U(xiǎn)1的反饋引腳。輸出過(guò)壓保護(hù)由VR2和R14提供(R14對(duì)電流檢測(cè)信號(hào)的影響微不足道，可忽略不計(jì))。

　　四、印刷電路板布局

　　印刷電路板頂部布局(上)和底部布局(下)

　　五、裝配后的電路板