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LED驱动电源芯片设计技术解析

发布日期: 2019-10-05浏览次数:

  问题使得震后重建市场对LED灯具的需求快速增长。目前,各国政府继续加强淘汰白炽灯的力度,例如,欧洲规定2009年年底开始禁用100W白炽灯,2010年年底开始禁用75W白炽灯,这无疑又是给市场带来巨大的机会。伴随LED照明驱动电源恒流控制技术的进步和LED光源价格的不断降低,LED照明与千家万户的距离进一步拉近。

  LED照明驱动电源恒流控制技术的进步,主要体现在以下几个方面:1)芯片外围控制电路的不断简化,主级侧恒流技术(PSR)已经趋向成熟;2)芯片的恒流精度不断提高,为降低生产的偏差、提升电源大批量生产的可靠性提供有力的保障;3)LED照明专用单级APFC芯片的出现和技术成熟,使得电源的体积和成本的进一步下降。顺应LED照明市场的发展趋势,丰明源半导体(BPSEMI)在2011年推出了主级侧恒流控制(PSR)的BP31XX系列的驱动芯片。如适用于PSR隔离方案的BP3102、,BP3105、BP3108,以及单级APFC控制BP33XX系列的驱动芯片BP3309和BP3308。

  目前LED照明灯具的驱动电源对变压器电感器参数的要求十分高,为求精准需花费大量的人力和财力才能实现,工业化生产成本很难进一步下降。通过对LED驱动恒流源芯片设计技术的创新和突破,新的解决方案可以在LED灯具驱动电源实际应用时,输出电流对变压器和电感的电感量和LED的VF等参数不太敏感。创新技术的关键是优化芯片算法语言。图1展示BP31XX系列主级侧恒流控制的一种新的原理,从图中可以发现,芯片控制输出电流峰值,并通过辅助绕组反馈,使得退磁时间和芯片开关周期的比例固定,这样就可以使得输出电流与外围的电感量偏差和输出电压的偏差无关,而LED的VF值的偏差和电感偏差正是批量生产面临的最大的问题。通常来说,批量生产的变压器电感量和LED的VF都会有5~10%左右的偏差。而BP31XX系列的LED照明恒流驱动电源,批量精度可达3%以内,可以容许变压器和电感参数有较大的允差,这就降低了规模工业化生产的成本并促进流水线的持续快速生产。

  BP31XX的应用电路十分简化,周边需要的零件很少,符合低成本、工业化生产的理念。图2是典型应用电路,采用主级侧恒流技术后,次级的反馈电路不再成为电源体积和成本方面的障碍,这给那些对于电源体积要求极为苛刻的场合带来了极大的便利,如球泡灯、GU10射灯等。传统的光耦反馈结构还存在光耦老化和很难过安规测试的问题,对于球泡灯内部60-90℃的应用环境温度来说,可靠性问题更成为生产厂商和客户关注的焦点。主级侧恒流技术的成熟,特别是创新的驱动电源芯片设计技术,使得应用电路对变压器和电感的某些难以质控的参数变得不敏感,对于LED照明电源和灯具厂商来说,既方便提高产品性能,又可降低成本,是一种双赢的选择。

  尽管电路周边零件器件减少了,但电源电路设计者需要选择高品质的有限器件,如MOS的耐压要高,电解电容器要采用高密封性、高抗水合处理能力、高抗过载能力的,125℃ 10000小时的长寿命产品,以适应长期在高温环境下工作。

  LED恒流驱动电源的另一个热门趋势就是含自动高功率因数补偿、低谐波的单级APFC控制芯片。美国能源之星标准对于5W以上固态照明灯具有具体明确的PF值的要求。因此,今年来LED照明灯具厂家对单级APFC芯片的需求大大增加。现有的单级PFC芯片由于不是为LED照明专门设计的,普遍存在一些缺陷,如较长的启动时间、需要光耦和外部基准反馈、原边反馈的批量生产电流精度差等等,使得目前以6562和7527为代表的APFC恒流方案继续被大量使用,这样对于LED照明驱动电源体积和成本近一步减小都比较困难。因此,新的LED照明专用单级APFC的方案也是LED照明灯具行业所祈求的。

  BP3309是新一代LED照明专用单级APFC芯片,图3是BP3309的典型应用电路,芯片主级侧恒流控制(PSR),无需次级光耦和TL431等反馈电路;该芯片采用专利的源级驱动技术,启动时间很短,在85VAC,1M欧姆启动电阻的条件下小于200ms的启动时间,提高系统效率;采用LED照明灯具必须的软启动无过冲技术;芯片具备的保护功能齐全,自带短路保护、开路保护、过压保护、欠压保护、过温保护、取样电阻短路保护,当故障解除时,芯片可以自动恢复正常工作。另外,BP3309芯片解决了线性调整率,负载调整率,批量恒流精度的偏差的问题(如表一)。这样的LED电源驱动方案能够符合企业大批量生产的要求,先进的PSR单级APFC方案与传统的付边反馈方案相比既节省电源的空间和成本,又提高了可靠性。

  随着LED照明产业不断发展以及各国能源标准的出台,在保证转化效率的前提下,LED照明的电源的发展将继续朝着更小体积、更少元件、更高精度、更利于生产的方向发展,因此,新的电源芯片恒流控制技术以及单级APFC技术的进一步完善成熟,对于LED照明电源性能的提升和成本下降、体积的缩小起到非常显著的作用。

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  88是一款功率因数校正反激式控制器,适用于隔离式恒流LED驱动器。控制器以准谐振模式操作以提供高效率。由于采用了一种新颖的控制方法,该器件能够从初级侧紧密调节恒定的LED电流。这消除了对次级侧反馈电路,其偏置和光耦合器的需求。该器件与最少数量的外部元件高度集成。内置了一套强大的安全保护功能,以简化设计。 特性 优势 集成HV启动电流源 快速启动,低待机功耗&宽输出操作范围 数字PSR CC循环控制 恒定亮度调节 - 数字PSR CV循环控制 在低温条件下良好的启动性能 数字PFC循环算法 超过0.9半负载230 Vac时PF和半负载通用输入时THD低于10% Valley Lock out和Frequency Foldback 在宽输入和输出范围内实现高效率 二次二极管和输出短路保护 避免过热故障情况 开路和短路LED保护 常见LED系统故障的稳健故障处理 V CC欠压和过压保护 强大的故障处理 应用 终端产品 整体LED灯泡 集成LED驱动电子设备 LED光引擎 LED驱动电源 LED灯泡 LED电源驱动器 LED光引擎 LED灯管...

  86是一款针对隔离式恒流LED驱动器的功率因数校正反激式控制器。控制器以准谐振模式操作以提供高效率。由于采用了一种新颖的控制方法,该器件能够从初级侧紧密调节恒定的LED电流。这消除了对次级侧反馈电路,其偏置和光耦合器的需求。该器件与最少数量的外部元件高度集成。内置强大的安全保护套件以简化设计。该器件专门用于非常紧凑的节省空间的设计,并支持模拟和数字调光,具有两个专用的调光输入控制,是智能LED照明应用的理想选择。 特性 优势 集成HV启动电流源 快速启动,低待机功耗&宽输出操作范围 数字PSR CC循环控制 恒定亮度调节 - 数字PSR CV循环控制 在低温条件下良好的启动性能 数字PFC循环算法 超过0.9半负载230 Vac时PF和半负载通用输入时THD低于10% Valley Lock out和Frequency Foldback 在宽输入和输出范围内实现高效率 模拟输出的模拟/ PWM调光输入信号处理 精确调光CC容差,宽工作范围,无可闻噪声 可选调光曲线 线性调光曲线(L)和Qdratic调光c urve(S) 辅助二极管和输出短路保护 避免故障情况...

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  PWM控制器集成了在单芯片上构建脉冲宽度调制(PWM)控制电路所需的所有功能。该器件主要设计用于电源控制,可灵活地为特定应用定制电源控制电路。 TL494 PWM控制器包含两个误差放大器,一个片内可调振荡器,一个死区时间控制(DTC)比较器,一个脉冲转向控制触发器,一个5 V,5%精度稳压器和输出控制电路。 误差放大器的共模电压范围为-0.3 V至VCC -2 V.死区时间控制比较器具有固定偏移,可提供约5%的死区时间。通过将RT端接到参考输出并为CT提供锯齿输入,或者它可以驱动同步多轨电源中的公共电路,可以旁路片内振荡器。 未提交的输出晶体管提供共射极或射极跟随器输出能力。该PWM控制器提供推挽或单端输出操作,可通过输出控制功能进行选择。该器件的架构禁止在推挽操作期间输出均为脉冲两次。 TL494C PWM控制器的工作温度范围为0C至70C。 TL494I的特点是工作温度范围为-40℃至85℃。 TL494B的特点是工作温度范围为-40℃至125℃。 NCV494B的特点是-40C至125C,并通过汽车应用认证。 特性 优势 变频操作(最高200 KHz) 优化系统规模和效率 PWM降压控制器配置 在buck配置中使用简...

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