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无电解电容LED驱动电路的设计

宣布时间:2013年07月26日 21:07    宣布者:1770309616
要害词: LED驱动电路 , 电解电容
  摘要:针对现有LED驱动电路存在电解电容限制寿命的缺乏,提出了一种无电解电容的LED驱动电路的设计措施。该措施接纳Panasonic松下MIP553内置PFC可调光LED驱动电路的芯片,与外部非隔离底边斩波电路剖析作为基本的电路结构,输入稳固的电流用以知足LED使命的须要。同时设计掩护电路来掩护负载。实验效果注解,控制器芯片能稳固使命,而且可以完成27V的恒压输入和350mA的恒流输入。
  LED(发光二极管)以其节能、环保、高亮度、长寿命等诸多优点成为新一代的绿色照明光源。随着LED照明手艺的日渐成熟,它终将用于生涯的各个方面,并成为照明光源的新宠。可是,高效力、低资源、高功率因数和长寿命的驱动电源是LED灯发光品行和所有性能的要害。
  现在市情上替换浅易灯泡的LED灯是白炽灯泡寿命的约40倍,相当于4万小时。由于LED是直流电流驱动零件,经由历程流过的电流,直接将电能改酿成光能,是以也称为光电转换器。由于不存在磨擦、机械消耗,以是在节能方面比浅易的光源的效力高。然则,当AC电源接通时,浅易是应用整流零件和腻滑回路的直流稳固化电源,该腻滑回路中须要的电解电容会因周围的温度及自己的发烧而上升10℃,而招致寿命减半以是电解电容误差了LED照冥用具的寿命。
  为了前进驱动电源的寿命、简化电路、降低资源和前进功率密度,有须要去掉落落电解电容,为此文中提出一种无电解电容的高亮度LED驱动电源。
  1 LED电源的基本使命原理

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  接纳BUCK变换器、IPD控制完成开关电源,输入恒定的电流和电压,驱动LED灯。电路的全体框图如图1所示。
  主电路部门,在市电以后紧接着接了一个滤波器,它的作用是滤除电源中的高次谐波和电源中的浪涌,使得控制电路受电源的滋扰小。输入整流部门接纳一体式的整流桥,经由历程二极管的单向导通的特点将电平在零点曲折浮动的交流电转换为单向的脉动的直流电,再在滤波电容和电感的作用下,输入直流电压。经由MIP553和BUCK电路的调治和控制后输入供LED应用的电压。
  2 LED电源的详细设计
  2.1 输入电路的设计
  为了延伸LED驱动电源的应用寿命,使之与LED相婚配,必须要去除电路中的电解电容。
  电路的设计目的为:输入交流电压Vm:198—264VAC/50Hz;输入电压Vo:27VDC;输入电流Io:0.35A。
  输入电路网罗噪声滤波装配、安然保险装配和输入整流装配,如图2所示。

4.jpg

  噪声滤波装配主要由电容C1/C2/C3和电感L1组成,其作用是在小于1MHz的频段内,能够增添电磁干扰(EMI)。此装配也能够或许链接在AC交流以后,整流装配之前,其滤波效果是一样的。安然保险装配由保险丝和ZNR1组成,保险丝主要防止有风险电路的尖峰电流发生的时间迅速切断电路以掩护负载;ZNR1是浪涌吸收器,关于来自输入真个静电和浪涌阻拦吸收,以此来掩护前面的电路。输入整流装配,是将交流电转换成直流电,输入整流桥的选择:整流桥二极管的电压应力为:

3.jpg

  推敲裕量,选用TSC GBL205(VR=600V,IFAN=1A)。
  2.2 输入电路的设计
  输入电路由基本的BUCK电路和一个稳压二极管DD1组成。如图3所示。
  2.2.1 BUCK变换器及其优势
  Buck变换器又称为降压变换器、勾通开关稳压器、三端开关型降压稳压器,是一种输入电压即是或小于输入电压的单管非隔离DC/DC变换器。

2.jpg

  使射中的输入电流is,在开关闭应时,is>0;在开关掀开时,is=0,故is是脉动的,但输入电流io在电感、二极管、电容的作用下倒是一连的、结实的。特殊合适为LED供应使命电流。
  FRD1的选择尺度:特殊电流年夜于2倍的输入电流,特殊电压年夜于输入电压,其反向恢复时间也要在100ns以内,推敲裕量,FRD1的参数为:15A,600V,trr=50ns。用类似的措施选择T1和Cout,那么其参数划分为:T1:680μH;Cout:1μF,50V。
  2.2.2 稳压二极管DD1
  在低输入电压的某规模内,若没有像DD1的这类反向装配,那么在开关关断的瞬间将会有反向电流流过IPD,而IPD是禁绝可有这类电流的,由于这类反向电流将会招致IPD的破损。
  DD1所遭到的各应力:IDD>2·Io=2×0.35=0.7A,UDD>Uo,反向恢复时间trr<100ns。推敲裕量,其选择的参数为:3A/60V/75ns。
  2.2.3 掩护电路
  MIP553内置过压、过流、过热、LED短路的掩护电路,但并没有LED开路时掩护电路的设计。LED开路时的掩护电路的头脑主要有稳压二极管掩护、三极管掩护、偏压线圈掩护等,推敲到资源和结构,文被选择具有稳压二极管的掩护电路。其电路图如图3所示。当LED开路时,输入电压上升,若输入电路有稳压二极管的掩护电路,那么稳压二极管将LED的电压嵌位在二极管的压降之下,这样便可以防止输入电容的破损。
  2.3 控制电路的设计
  控制电路由MIP553及其焦点电路组成,如图4所示。
  MIP553芯片完成宽电压85~277V/AC输入,内置MOS,结构质朴、稳固,可不须要电解电容,支持隔离或非隔离妄图,单电源输入功率6~30W,恒定电流输入<1A。电源具有过压、过流、过热掩护功效,平牢结实性高,体积小,发烧量低,电源效力≥80%,功率因数≥95%,THD<20%。

1(1).jpg

  MIP553的漏极电流由引脚CL和EX控制,是以毗连这两个引脚的电阻RCL、REX的设置将直接影响漏极电流的年夜小。最年夜漏极电流可由REX来一定,推敲到这个最年夜漏极电流要流经LED,是以设置参考值时应当重视。
  REX=(VDD(ON)-VEXH)/IEX=(6.5-2.8)/103=36kΩ (3)
  其中,假定输入电压100V,输入电压28V,电流:400mA,最年夜漏极电流设为1.0A。
  CVDD、CEX、CCL的作用是稳固MIP553的运转、榨取外部噪声。是以,其值要选择合适。CVDD,稳固VDD的电压、榨取LED的闪灼,特点不受温度影响、不发生特此外噪声,参考尺度值为1~10μF之间;CEX,榨取外部噪声进入EX引脚,其参考尺度值在470~1000pF之间;CCL,榨取外部噪声进入CL引脚,假定其值太年夜的话,那么pF值将会遭到严重的影响,是以其值应小于1000pF。
  2.4 仿真效果
  应用Multisim对电路阻拦仿真,取得的效果如图5所示。

1.jpg

  从图5中可以看出,输入电压稳固在27V,电流稳固在0-35A,切合设计请求。
  3 LED电源的寻衅
  LED作为新型的电光源,在制造年夜型发光平面字和发光标识中有着显着的优势,其控制电压低,资源低,可靠性高。虽然LED产物在国内外市场有着愈演愈烈的生长趋势,然则LED照明现实是新兴的家当,现在还没有普遍的普及,是以LED驱动电源弗成防止的在各方面存在着寻衅:首先,由于LED的正向电压会随着电流和温度而变换,其“色点”也会随着电流和温度而漂移,为了保证LED的正常使命,就请求其驱动器岂论在输入条件和正向电压若何变换的情形下都要限制电流。其次,假定须要LED调光,通常接纳的是脉宽调制调光手艺,尺度的PWM频率是1~3kHz。最后,LED驱动电路的功率处置赏罚赏罚才干必须充实,且功效强固,可以遭受多种误差条件,易于完成。
  4 阻拦语
  LED是一种节能、高效、环保的绿色照明,对它的驱动电路研究异常主要。文中简介了应用MIP553阻拦设计的LED驱动电源,并经由历程仿真证清晰了了其输入电流的稳固性,有很好的应用远景。
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