為白光LED驅動電路選擇拓撲結構(圖)
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上傳人：admin 上傳時間： 2007-08-23 瀏覽次數： 712 |
白熾燈燈泡發展至今已接近極限，其95%的熱損耗使很多用戶大傷腦筋。相比之下，熒光燈的表現雖然稍微好點，但功耗浪費仍高達80%。這兩種技術均無法與白光LED同日而語，其在理論上已具備80%以上的能效水平。不僅如此，LED的使用壽命也要比傳統的光源長得多。因此，隨著一般照明應用逐漸轉入LED技術，能耗將會得以極大地降低。據美國能源部最近的研究預測，白光LED將在2025年得到廣泛采用，全球的電力消耗將會降低10%，可節省高達100億美元的電費。
盡管白光LED優點很多，但LED驅動電路的設計卻面臨著重大挑戰。空間限制的要求和散熱的要求都對設計有所限制。最后，設計師們還必須認真考慮EMI要求對其設計的影響。
在低功率(≤3W)照明應用中，設計師都使用了現成的非隔離式、基于電感的降壓式和升降式開關模式電源。本文將對這兩種拓撲結構進行比較，論述各自的優缺點。
兩種拓撲結構
圖1所示為配置為基本降壓式轉換器(圖1a)和基本升降壓式轉換器(圖1b)的LinkSwitch-TN器件。通過在單片IC上集成一個功率MOSFET、振蕩器、簡單的開/關控制、一個高壓開關電流源、頻率抖動、逐周期電流限流及熱關斷電路，可以簡化轉換器階段的設計復雜度并減少元件數。LinkSwitch-TN器件可通過漏極引腳實現自供電，無需使用偏置電源及相關電路。它極具成本效益，可用來替代輸出電流小于或等于360mA的線性和電容降壓式非隔離電源，因此能夠提供出色的輸入電壓調整率和負載調整率。與無源元件電源方案相比，它的效率更高，而功率因子則比電容降壓式方案高。
圖1 基本的LinkSwitch-TN結構
圖1中所示的降壓式轉換器具有諸多優點。首先，它可以最大化所選LinkSwitch-TN器件的可用輸出功率以及電感值。同時還可以降低電源開關和續流二極管的電壓應力。此外，流經輸出電感的平均電流要略低于同類升降壓式轉換器中的平均電流。
升降壓式轉換器與降壓式轉換器相比，其配置具有一大優點，即輸出二極管與負載串聯。在降壓式轉換器中，如果MOSFET發生短路故障，輸入將直接與輸出相連。而在升降壓式轉換器中發生此類情況時，反向偏壓輸出二極管則會阻斷輸入和輸出之間的通路。
在這兩種轉換器中，AC輸入經D1、D2、C1、C2、RF1和RF2整流濾波。兩個二極管可以增強輸入電涌承受能力和傳導EMI性能。設計師應該使用可熔阻燃電阻作為RF1，但可以使用只具阻燃功能的電阻作為RF2。Linkswitch-TN器件中的開/關控制用于調節輸出電流。一旦進入反饋(FB)引腳的電流超過49μA，MOSFET開關將被禁用，以便進入下一開關周期。
降低熱量
設計LED驅動電路所面臨的主要挑戰是散熱問題。即使采用比白熾燈技術效率更高的技術，3W的電路也將會達到可危及器件完整性的溫度級別。而且，將驅動電子器件集成到具有嚴格限制的標準GU10燈座中時也會遇到嚴峻的散熱挑戰。設計者解決該問題的唯一途徑便是將熱量傳導至燈泡的旋入式燈座上。在上述的拓撲圖中，LinkSwitch-TN器件中添加有一熱關斷電路，在結溫度超過142℃時可禁用功率MOSFET，從而防止LED遭受潛在的損壞。一旦結溫度下降75℃，MOSFET將自動重新開啟。
與降壓拓撲結構相比，升降壓拓撲結構的效率要略低一些，這是因為功率不會在MOSFET開關每次打開時都傳輸到輸出端。因此，它產生的熱量比降壓拓撲結構多。不過差別不太明顯。
為確保電路拓撲結構符合熱調節要求，設計師將電源組件安裝到燈座中，然后測量LNK306DN源極引腳的溫度。在理想情況下，源極引腳的溫度不應超出100℃。在25℃的室內環境溫度下測量的結果表明，Vin值上升到265VAC時，源極引腳溫度將超過100℃。鑒于這些結果，設計師斷定可能對某些額外的散熱器有熱限制方面的要求，比如將LED散熱片放于U1 SO-8C封裝頂端。
控制EMI
LED驅動電子器件電路必須符合嚴格的EN55022B/CISPR22B傳導EMI要求。鑒于開關IC的高開關頻率和GU10燈座有限的尺寸大小，這些要求給燈泡設計師又帶來了重大挑戰。在升降壓電路拓撲結構中，EMI噪聲電流環路從MOSFET流向輸出二極管、輸出電容，然后返回輸入電容；而在降壓電路配置中，該電流環路從MOSFET流向續流二極管，然后返回輸入電容，因此較前者中的環路短。因此，上述情況導致在升降壓設計中略微降低噪聲要更困難。
為了符合行業EMI規范，工程師決定將驅動電子器件分成兩個電路板：位于頂部的轉換器電路板與位于底部的輸入整流/EMI濾波器電路板（見圖2）。然后他們在兩個電路板之間放置法拉第屏蔽。電氣連接到轉換器電路板的屏蔽含有一個單面銅鉑區域PCB，后者的構造尺寸與底部輸入整流/EMI濾波器電路板相同。使用本設計驅動3個LED，其測試結果顯示，傳導EMI在輸入電壓為230VAC的最差情況下約為7dBμV，低于行業EMI要求。
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