您好!歡迎光臨廣州市科銳達光電技術有限公司官方網站!!!!

科銳達光電

專注LED燈光應用及LED電源20年誠信服務,合作共贏!

服務熱線:020-61823611

熱門搜索:

聯系我們

服務熱線:020-61823611

廣州市科銳達光電技術有限公司

地址:廣州市花都區新雅街東莞村第六經濟社社公旁自編1號

聯系人:劉先生

手機:13560076901

電話:020-61823611

傳真:020-61823611

QQ:1535916825

網址:http://www.sucian.com

當前位置: 網站首頁 新聞動態 》 大功率LED照明恒流驅動電源的設計
大功率LED照明恒流驅動電源的設計
作者:admin 更新時間:2018-5-18

大功率LED具有光效高、低功耗、壽命長、穩定性高、光色純、安全性好、可控性強等優點,正逐步取代以往的光源,開始廣泛運用于全彩顯示屏、交通信號燈、汽車車燈、背景光源、景觀照明、特種工作照明等,成為照明領域的新一代綠色光源。據國內有關機構預測,在奧運、世博的強力帶動下,中國LED照明市場規模將從2007年的48.5億元快速增長至2018年的998.1億元。有關專家分析認為,中國LED照明產業將在2017年前后迎來新的發展高峰。

問題的提出
一般來說,大功率LED的功率至少在1W以上,目前比較常見的有1W、3W、5W、8W和10W。其被稱為“綠色光源”,正朝著大電流(300mA~1.4A)、高效率(60~120lm/W)、亮度可調的方向發展。然而,大功率LED的發光強度是由流過LED的電流決定的,電流過強會引起LED的衰減,電流過弱會影響LED的發光強度,因此LED驅動需要提供恒流電源,以保證大功率LED使用的安全性,還需要滿足預期的亮度要求,并保證各個LED亮度、色度的一致性。所以,傳統上用于驅動燈泡(鎢絲)、日光燈、節能燈、鈉燈等光源的電源并不適合直接驅動大功率LED。用市電驅動大功率LED也需要解決降壓、隔離、PFC(功率因素校正)和恒流問題,還需有較高的轉換效率。


目前,市場上有上千款關于大功率LED恒流驅動的專用芯片,國內有廣鵬 (ADDtek)、點晶(SITI)、晶锜(SCT)、華潤矽威(PT),國外有美國的超科(Supertex)、德州儀器(TI)、美信、國半、英國的捷特科(Zetex)等知名廠家。大多專用芯片采用遲滯型轉換器,低電壓輸入范圍,可升壓、可降壓、PWM控制、功率開關可內置或外置、輸出電流可以達到1.5A,內置過壓、欠壓、開路/短路和溫度保護電路等。


如圖1所示,遲滯型轉換器的關鍵特點是自振蕩,這意味著頻率將隨輸入電壓、LED電流和驅動LED數量的變化而變化。然而,這種轉換器經常運行在連續模式下,這意味著電感永遠不會飽和,也不會完全耗盡電流,MOSFET關斷后還繼續有電流維持LED亮度。但缺點是占空比和頻率不斷改變的情況下檢測電阻RCS呈現的阻抗是不一樣的,流經RCS的電流和LED實際電流相比不完全一致,檢測數據存在偏差。

圖1 遲滯型轉換器


在大功率LED照明工程領域中,需要100W以上大功率的恒流驅動電源,同時要求較高的效率和功率因數,目前市場上的E27、B22和GU10燈頭用LED驅動電源遠遠不能滿足大功率LED照明工程領域。

大功率LED的驅動電源設計考慮
從照明燈具發展歷史來看,幾乎沒有采用隔離方式。隔離方式設計勢必影響燈具驅動效率,也不符合未來節能降耗要求,所以LED照明不一定要采用隔離方式設計。


在大功率LED的串聯數量方面,流經大功率LED的電流不再受大功率白光LED串聯數量的限制。為了滿足不同的發光亮度需求,通過靈活地驅動多個大功率LED就可以實現。對于大功率白光LED的并聯使用,該類電路仍無法保證并聯分支LED的發光亮度一致性。但可以使用多個相同恒流電源,分路驅動不同的并聯分支LED,這樣就保證了并聯分支LED屬性一致性,從而可以解決發光亮度一致性的問題。


采用全部串聯方式要求LED驅動器輸出較高的電壓。當LED的一致性差別較大時,分配在不同LED兩端的電壓不同,但通過每顆LED的電流相同,LED的亮度一致。如采用恒流式LED驅動,當某一顆LED品質不良短路時,由于驅動器輸出電流保持不變,不影響余下所有LED正常工作。當某一顆LED品質不良斷開后,串聯在一起的LED將全部不亮。解決的辦法是在每個LED兩端并聯一個齊納管,不過,齊納管的導通電壓要比LED的導通電壓高,否則LED就不亮了。如廣鵬 (ADDtek)的大功率LED保護器A716、AMC7169和A720,分別是350mA、500mA和700mA LED保護器。如圖2所示,使用時將其與大功率LED并聯。


電源失效時負載斷開,這種功能在下列兩種情況下至關重要,即斷電和PWM調光。如圖2所示,在升壓轉換器斷電期間,負載仍然通過電感和二極管與輸入電壓連接。這樣即使電源已經失效,還會繼續產生一個小泄漏電流,極大縮短了LED的壽命。負載斷開在PWM調光時也很重要。在PWM空閑期間,電源已經失效,但是輸出電容器仍然與LED連接,它會通過LED放電,直到PWM脈沖再次打開電源。實施負載斷開電路時,最好在LED和電流傳感電阻器之間放置一個MOSFET。在路燈照明設計中,一般要求白天有自動關閉功能,可以在電路中間增加光敏電阻,在白天光線照射下阻值改變使那個MOSFET停止工作,當然也可以使后級DC/DC停止工作。

圖2 大功率LED保護器


在許多情況下,利用低頻(50~200Hz)PWM方式調節LED電流非常方便,通過控制脈沖寬度來調節亮度。這種調節方法的優點在于光譜保持不變,而采用幅度調節時,光譜會隨著流過LED電流的變化而改變。一般來說,低頻PWM調光電路的效率比線性LED調光電路更高。在路燈照明設計中,一般需要在半夜某時將路燈照度減低一半,節能降耗?梢栽陔娐分虚g增加定時器,到時間輸出50%占空比即可功率減半。


防水設計,按使用環境分為戶外、戶內。目前的防水電源大多是以環氧樹脂作為防水密封填充材料,顏色主要為黑色,當然也有白色以及其他一些顏色。有少數廠家采用了其他的防水填充材料。重要的是它要能經得起高溫、冷凍、雨水以及一些腐蝕性物質的浸襲。


100W的LED路燈可以替代250W的高壓鈉燈,或300W的水銀燈。100W的LED路燈,其輸出光通量大約為6 250lm(經過二次光學設計,會有所損失),到達路面時的流明數仍為6000,而路面的平均照度可以達到16Lux(桿高12m)。250W高壓鈉燈的輸出光通量為20 000lm,但到達路面的流明數就只有7000,路面的照度大約為30~40Lux。由于顯色系數的差別,LED的照度修正系數為2.35倍,高壓鈉燈的修正系數為0.94倍。所以,100W的LED經過修正以后,地面的照度為37.6Lux,而高壓鈉燈修正后的照度為28.2~37.6Lux,二者相當。所以,100W的LED路燈可以取代250W的高壓鈉燈,LED路燈可以節能60%。

如果不進行二次光學設計,LED的照射是比較集中,所以一定要進行二次光路設計,使其光強呈蝙蝠形,照射范圍可以達到66m。

主回路設計
大功率LED照明恒流驅動主電路采用優異的BOOST和DC/DC的兩級組合方式,具有良好的動態響應和穩流特性,解決了電網的諧波污染問題,使大功率LED驅動電源更加綠色環保。


BOOST采用主動式有源功率因數校正(APFC)電路,工作在連續模式,諧波電流和開關管電壓電流應力小。DC/DC采用半橋LLC串聯諧振轉換器,元器件數量有限,諧振儲能(tank)元件能夠集成到單個變壓器中,因此只需要1個磁性元件。在所有正常負載條件下,初級開關都可以工作在零電壓開關(ZVS)條件,而次級二極管可以采用零電流開關(ZCS)工作,沒有反向恢復損耗。特別適用于中、高輸出電壓轉換器的高性價比、高能效和EMI性能優異的解決方案。


傳統功率因數校正電路技術復雜、設計步驟繁瑣、所需元器件多、體積大而且成本高。因此,設計時往往要在性能和成本之間進行折衷。本設計采用了IR1150,它是一種新型的單周期AC/DC功率因數校正控制芯片,采用了IR公司的專利單周期控制(0ne-cycle control,OCC)技術,無須傳統PFC電路所需的模擬乘法器、輸入電壓采樣以及固定的三角波振蕩器,大大簡化了PFC電路的設計并縮小了裝置體積。


半橋LLC串聯諧振轉換器采用飛兆半導體公司推出的高集成度綠色FPS功率開關FSFR2100。其采用零電壓開關(ZVS)技術,能夠大幅降低MOSFET和整流器的開關損耗。采用這種技術,此FPS開關無須散熱器即可處理高達200W的功率,使用散熱器更可處理高達450W的功率。較之于傳統的硬開關轉換器拓撲,FSFR2100的效率提高了10%。它可以在輸入和負載大范圍變化的情況下調節輸出,同時開關頻率變化相對很小。此外,它可以在整個運行范圍內實現零電壓切換(ZVS)。最后,所有寄生元件,包括所有半導體器件的結電容和變壓器的漏磁電感和激磁電感,都是用來實現ZVS的。


照明恒流驅動電源主電路如圖3所示,前級APFC實驗電路輸入電壓AC 220V,額定輸出DC 380V,開關頻率f選擇70kHz,后級半橋LLC串聯諧振轉換器。輸出電壓范圍:DC 300~360V,輸出額定電流350mA,諧振頻率f0選擇100kHz,變壓器匝比n=Np/NS=0.6,功率滿足150~300W的輸出功率范圍。主電路依次是85V~264VAC→整流→PFC→380VDC→DC/DC(隔離)恒流→多顆LED串聯,APFC可以選用功率因數校正控制器IR1150、L6562和FAN7527B等,半橋LLC串聯諧振轉換器選用FSFR2100。

圖3 大功率LED照明恒流驅動電源主電路

關鍵技術設計
LED照明驅動方式,由于直接將RSET連接FB端會造成RSET的功耗過大,所以功率較小的LED恒流驅動電源往往在FB反饋端和RSET之間放置一個運算放大器以降低功耗。如圖4所示,運算放大器獲取采樣電阻RSET上的電壓,結合其他電阻和電容就可以構成一個完整、高效率的大功率LED恒流驅動電路。這樣就能在確保LED獲得恒流供電的同時,將RSET的功耗降低到可以接受的水平,從而使LED兩端的電壓盡可能大,流經的電流也盡可能大。

圖4 功率較小的LED恒流驅動


大功率LED恒流驅動電源采用先穩壓,再限流的混合方式。為適應負載需要,電壓需要保證在一定范圍內。LED的Vf值在3~3.6V之間,那么按LED實際數量即可確定電源部分需要調整的電壓范圍。大功率LED恒流驅動如圖5所示,設定穩壓源的最大設定值VSET(比如DC360V),設定穩流源的設定值ISET(300mA~1.4A),采樣RSET上的電壓,若超過穩流源的設定值時,則輸出電壓相應下降,根據LED燈串聯數量的多少,輸出電壓可降至最小值(如DC 300V)。

圖5 大功率LED恒流驅動


開關調節控制模式與電阻限流方式相比,電路成本較高;控制環路可準確調節LED電流;可實現幅值和低頻PWM調節;能夠實現LED特性的自動溫度補償;寬輸入電壓范圍;基本上不需散熱器,可節省成本,對于高輸入電壓和大工作電流,其他驅動方案會導致非常高的損耗,然而此模式仍能保持高效工作。

技術指標
根據上述設計方案,大功率LED照明恒流驅動電源的主要技術指標為:輸入電壓85~264V;頻率47~63Hz;輸出功率100W;輸出電流:350mA±5%或700mA±5%;輸出方式:多顆1W以上大功率LED串聯方式;輸出電壓范圍:DC 300~360V,效率≥90%,功率因數≥0.99,諧波≤5%,穩流精度≤5%;具有定時、調流、關機功能;具有過壓、過流、短路和過溫保護功能;全密封,防水要求IP65,外型尺寸(L×W×H)=185mm×70mm×45mm,重量1.5kg。工作溫度-40~+70℃,儲存溫度-50~+85℃,符合相關安規、ROHS和電磁兼容標準、防雷設計(ICE-61000-4-5 Class 4)。較好地滿足了照明工程的要求。

  • 下一篇:淺談LED驅動電源
  • 上一篇:
  • Copyright © 廣州市科銳達光電技術有限公司     粵ICP備18054447號

    <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>