高功率LED照明驱动应用的新方法

  作者:陈万里 董雪峰 王照平 时间:2013-11-27来源:电子产品世界

  让输出保持在这些电平以下,增加了其本身的灵活性,从而使各种灯具可以满足许多其他照明应用的要求[8]。电源仍然要求安全许可,正如本文中讨论的所有离线解决方案一样,但是灯具却不需要。

  另外,从散热管理的角度来看,这种隔离设计则更加理想,因为没有了对LED接近性或接触金属附件的诸多限制。另一个显著的特点是,它不要求输出端反馈。这就去除了光电或其他安全规定的隔离反馈器件。最后,我们来看这种二次侧的简易性。它只有很少的无源组件,并且没有偏置电源、有源组件或任何种类的控件[9]

  谈及运行,SIMPLE驱动器拥有优于1%的极好的串电流匹配。它具有可获得高效率的谐振运行,并且随着串数量的增加其性价比也会更高。

  设计考虑因素

  PFC电路的输出为反向降压电路的输入。反向降压经过配置,产生一个恒定电流输出。这种电流下,系统闭环位于附近。它产生的电流输出向下游供给DC/DC变压器电路,而该电路由一个半桥接控制器、两个MOSFET、电容C1和 电容C2以及一些变压器组成。之后,该电流经过半桥接MOSFET开关,到达串联变压器的一次侧。电容C1和C2服务于许多功能。它们可用于为半桥接建立一个分压器,同时它们还是谐振电路的组成组件,也是DC阻断电容,这有助于防止变压器饱和[10]

  谐振运行允许MOSFET开关以零电压开关(ZVS)进行开关运行。这就降低了开关损耗,并强制输出二极管至零电流开关(ZCS),从而有助于效率最大化[11]

  现已转换为AC电流的DC电流通过所有串联变压器的一次侧前后谐振。可串联放置的变压器一次侧数目十分灵活,因为可以选择绕组比来支持许多变压器或LED串。计算匝数比需要考虑的是串数,这是由于其规定了变压器的数目以及每个串的正向电压。

  要获得功率转换的最高可达效率,目标就是尽可能地处理最少的功率。要达到这个目的,我们需要尽可能地接近输入电压来工作。由于大多数高功率照明应用都支持有源PFC的使用[12],为了简单起见,我们将只把它看作是功能模块,并给其输出分配一些典型值。

  由于大多数有源PFC电路都起到一个升压转换器的作用,因此PFC输出电压的设定必须要高于最高AC线压的峰值。85–265VAC一般输入范围时,其为大约375V。增加一些动态范围上限,以获得裕度和容差,这时400V便为一个典型的设定值。要确保下游降压拥有PFC输出变化的较多动态范围上限,就需要增加稍多的裕度,以适应约40V的纹波[13]。这就使我们的反向降压最小输入运行点为大约 360V。

  为保证降压输出具有一定的顺从电压,以让其能够正常地工作,这就需要也给它一定的动态范围上限,并将其输出范围限定在280V。

  既然我们都了解我们的各个边界,那么就让我们来看看如何通过降压和变压器匝比来计算恒定电流值的一个设计实例。

  在本例中,我们使用了两个变压器来驱动四个 LED串,其电流为1A。每个串都拥有十只高功率 LED。假设:LED正向电压Vf=3.5V,且一个串电压=35V。

  由于我们将DC降压的输出工作点设定在 280V,因此它现在作为DC/DC变压器电路的输入。这就意味着,施加于串联一次侧的电压将为电容分压器(由C1和C2组成)电压的1/2,从而在串联一次侧布局上获得140V的电压。

  现在,匝数比的计算就变得十分容易了,如式1所示:

  每个变压器的一次侧电压(VP)=桥接电压/变压器数=140V/2=70V

(1)

  其中:

  NP=一次侧匝数

  NS=二次侧匝数

  VS=二次侧或LED串电压

  VP=每个一次绕组两端的电压

  要计算反向降压的电流输出设定值,其中每个变压器驱动两个LED串,首先必须认识到交替半周期中每个变压器中只有一个串在导电。这就是说,在睡眠期间维持LED导电而必须向导电串提供的电流必须是LED电流的两倍。理想LED电流为1A的这种情况下,每半个周期向LED和滤波器电容提供的电流为2A。

  要计算降压稳压器,设定电流值(ISet)如式(2 )所示:

  结论

  如上所述,采用串联输入多并联的驱动方式使得变压器参数的确定化繁为简,同时这种驱动方式能够满足许多不同照明应用的需求。如果SIMPLE驱动是众多LED照明应用模块方法的一部分,那么就需要考虑上游功率级,例如:半桥中的功率处理组件、反向降压和PFC等,因为必须调整它们的大小来应对能满足驱动器的最高功率级。

  参考文献:
  [1] 刘奥,徐申,孙伟锋.一种100WLED路灯驱动电源设计[J].电力电子技术.2012,(02)
  [2] 张大为,姜静,樊理军.新型LED驱动电源设计[J].机械与电子.2012,(02)
  [3] 梁艳,吴云亚.一种无电解电容LED驱动电源的研究[J].电源技术.2012,(03)
  [4] 罗全明,支树播,蒋德高,周雒维.一种高可靠无源恒流LED驱动电源[J].电力自动化设备.2012,(04)
  [5] 张洪建,徐军明,罗友.原边恒流反馈方式LED驱动电源研究[J].能源工程.2012,(02)
  [6] 王舒,阮新波,姚凯,叶志红.无电解电容无频闪的LED驱动电源[J].电工技术学报.2012,(04)
  [7] 董硕,陈苏广,张涛,刘石神,袁士东.基于L6562的单级PFC反激LED电源的研究[J].电子技术应用.2012,(03)
  [8] 李国焱,林云锋.基于PID算法的大功率LED驱动电源设计[J].电子世界.2012,(10)
  [9] 刘世俊,颜庆宇,赖安学.基于开关电源芯片MC33167的LED驱动器开发[J].电力电子技术.2012,(04)
  [10] K.P.Gokhale,A.Kawamura,R.G.Hoft.Deadbeat Microprocessor Control of PWM Inverter for Sinusoid Output Waveform Synthesis[C].IEEE-PESC’85.1985, :28~36
  [11] Van der Broech H W, Skudelny H C, Stanke G V.Analysis and Realization of a Pulse Width Modulator Based on Voltage Spacevector[J].IEEE Trans on Ind,1998,241, 24(1) :142~150
  [12] Blasko V.Analysis of a Hybrid PWM Based on Modified Space-vector and Triangle-comparison Methods[J].IEEE Trans on IA, 1997,333, 33(3) :756~764
  [13] Grid-Connected Solar Microinverter Reference Design Using a dsPIC Digital Signal Controller[Z].Microchip Technology Inc.

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关键词: LED 照明驱动 DC/DC SIMPLE MOSFET 201312

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