一款基于LED路燈的PFC開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案應(yīng)用
2013-12-19 11:41:28 來源:http://ic.big-bit.com/ 點(diǎn)擊:1021
LED路燈是低電壓、大電流的驅(qū)動器件,其發(fā)光的強(qiáng)度由流過LED的電流決定,電流過強(qiáng)會引起LED的衰減,電流過弱會影響LED的發(fā)光強(qiáng)度,因此LED的驅(qū)動需要提供恒流電源,以保證大功率LED使用的安全性,同時(shí)達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。用市電驅(qū)動$大功率LED需要解決降壓、隔離、PFC(功率因素校正)和恒流問題,還需有比較高的轉(zhuǎn)換效率,有較小的體積,能長時(shí)間工作,易散熱,低成本,抗電磁干擾,和過溫、過流、短路、開路保護(hù)等。
系統(tǒng)總體框圖
采用隔離變壓器、PFC控制實(shí)現(xiàn)的開關(guān)電源,輸出恒壓恒流的電壓,驅(qū)動LED路燈。電路的總體框圖如圖1所示。
LED 抗浪涌的能力是比較差的,特別是抗反向電壓能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。LED路燈裝在戶外更要加強(qiáng)浪涌防護(hù)。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng),從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌,有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動電源應(yīng)具有抑制浪涌侵入,保護(hù)LED不被損壞的能力。EMI濾波電路主要防止電網(wǎng)上的諧波干擾串入模塊,影響控制電路的正常工作。
三相交流電經(jīng)過全橋整流后變成脈動的直流在濾波電容和電感的作用下,輸出直流電壓。主開關(guān)$DC/AC電路將直流電轉(zhuǎn)換為高頻脈沖電壓在變壓器的次級輸出。變壓器輸出的高頻脈沖經(jīng)過高頻整流、LC濾波和EMI濾波,輸出LED路燈需要的直流電源。
$PWM控制電路采用電壓電流雙環(huán)控制,以實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)整和輸出電流的限制。反饋網(wǎng)絡(luò)采用恒流恒壓器件TSM101和比較器,反饋信號通過光耦送給PFC器L6561.由于使用了PFC器件使模塊的功率因數(shù)達(dá)到0.95。
DC/DC變換器設(shè)計(jì)
$DC/DC變換器的類型有多種,為了保證用電安全,本設(shè)計(jì)方案選為隔離式。隔離式DC/DC變換形式又可進(jìn)一步細(xì)分為正激式、反激式、半橋式、全橋式和推挽式等。其中,半橋式、全橋式和推挽式通常用于大功率輸出場合,其激勵(lì)電路復(fù)雜,實(shí)現(xiàn)起來較困難;而正激式和反激式電路則簡單易行,但由于反激式比正激式更適應(yīng)輸入電壓有變化的情況,且本電源系統(tǒng)中PFC輸出電壓會發(fā)生較大的變化,故DC/DC變換采用反激方式,有利于確保輸出電壓穩(wěn)定不變。
反激式開關(guān)電源主要應(yīng)用于輸出功率為5~150W的情況。這種電源結(jié)構(gòu)是由Buck-Boost結(jié)構(gòu)推演并加上隔離變壓器而得到,如圖2所示。在反激式拓?fù)渲校勺儔浩髯鳛閮δ茉?。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),變壓器儲存能量,負(fù)載電流由輸出濾波電容提供;開關(guān)管關(guān)斷時(shí),變壓器將儲存的能量傳送到負(fù)載和輸出濾波電容,以補(bǔ)償電容單獨(dú)提供負(fù)載電流時(shí)消耗的能量。
圖中T1為高頻隔離變壓器,VQ1為CMOS功率三極管17N80C3,VD7和VD8是瞬變抑制二極管,VD6為$快恢復(fù)二極管,VD5為雙二極管,C3、C4、C5和C6為電解電容器。Ubout是來自整流橋的脈動直流信號,GD是來自功率因數(shù)校正電路的控制信號。變壓器的引線l和2組成一個(gè)繞組,給PFC器件提供工作電源,引線11和12組成一個(gè)繞組,為恒流恒壓器件和比較器提供工作電源。
反饋網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計(jì)
1、恒流恒壓電路
本設(shè)計(jì)使用$恒流恒壓控制器件TSM101調(diào)節(jié)輸出電壓和電流,使之穩(wěn)定。電路如圖3所示。通過TSM101的控制作用,保證了電源恒流(CC)和恒壓(CV)工作。圖3中,Uout+和Uout-是隔離變壓器經(jīng)過雙二極管和電解電容器濾波的電壓,再經(jīng)電感L4和電容濾波后的輸出為Uout+和Uout-,為本電源模塊的輸出電壓,直接加在LED路燈上??烧{(diào)電阻器RV1和RV2分別調(diào)節(jié)輸出電壓和電流的大小。R10和 R11為22mΩ的電阻,分別對電源輸出的電壓和電流采樣。TMS101的輸出TOUT通過光電耦合器、可控硅和三極管等電路送到L6561的引腳5,通過反饋電路實(shí)現(xiàn)恒流控制。器件引腳8接輔助電源,引腳4接變壓器T1副邊地。
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電源行業(yè)競爭非常激烈,媒體剛報(bào)道景觀照明市場一片光明,電源大廠茂碩就表示大功率LED驅(qū)動電源格局已定。那么真實(shí)情況究竟如何?大功率電源還有哪些市場機(jī)遇?
貝能國際有限公司推出基于Infineon公司ICL5101的LED調(diào)光設(shè)計(jì)方案,該方案可以滿足商業(yè)照明應(yīng)用對高性能、高可靠性系統(tǒng)的需求。其應(yīng)用領(lǐng)域包括室內(nèi)外大功率LED照明、街道照明、停車庫和區(qū)域照明、辦公室平板照明及商店照明等。
隨著大功率LED技術(shù)的成熟,大功率LED的驅(qū)動設(shè)計(jì)顯得尤為重要。依據(jù)大功率LED器件的特性,如果驅(qū)動電流過大或者工作溫度過高,超出LED元件的承受范圍,就極易致使LED器件損壞。
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