文件名称:
LED驱动电路功率因数改善探讨及NCP1014解决方案.pdf
开发工具:
文件大小: 1mb
下载次数: 0
上传时间: 2019-09-14
详细说明:LED驱动电路功率因数改善探讨及NCP1014解决方案pdf,本参考设计将分析现有照明LED驱动电路设计功率因数低的原因,探讨改善功率因数的技术及解决方案,介绍相关设计过程、元器件选择依据、测试数据分享,显示这参考设计如何轻松符合“能源之星”固态照明标准的功率因数要求,非常适合低功率LED照明应用增加了元件数量、降低了效率及增加了复杂性,最适用的功率电平远
高于本应用的功率电平。
解决方案
高功率因数通常需要正弦线路电流,且要求线路电流及电流之间的相
位差极小。修改设计的第一步就是在开关段前获得板低的电容,从而
支持更贴近正弦波形的输入电流。这使整流电压跟随线路电压,产生
更合意的正弦输入电流。这样,反激转换器的输入电压就以线路频率
的2倍跟随整流正弦电压波形。如果输入电流保持在相同波形,功率
因数就高。提供给负载的能量就是电压与电流的乘积,是正弦平方
(sine- squared)波形。由于这种正弦平方波形的能量传递,负载将遭
遇线路频率2倍的纹波,本质上类似于谷底填充电路屮出现的纹波。
如上所述,输入电流必须保持在几近正弦的波形,从而提供高功率因
数。提供高功率因数的关键在于通过将反馈输入维持在与线路频率相
关的恒定电平,不允许控制环路针对输岀纹波来校正。一种选择是大
幅增加输出电流从而城小120Hz纹波总量,某些应用可能要求使用
这种方案。如果频率高于可见光感知范围,通用照明应用的LED更
能容受纹波。更为紧凑及廉价的方案是滤除返回至PWM转换器的反
馈信号,确立接近恒定的电平。这个电平固定了电源开关中的最大电
流。电源开关的电流由施加的瞬态输入电压除以变压器初级电感再乘
以电源开关导电的时间长度所确定
安森美半导体的NCP1014 EDGTGEVE评估板经过了优化,可以驱
动1到8颗大功率高亮度LED,如 Cree xlamP Rebe、 Seoul
Semiconductor Z-POWER E OSRAM Golden XR-E/XP-E, Luxeon
Dragoη。这设计基于集成了带内部限流功能的高压电源丌关的紧凑
型固定频率脉宽调制(PWM)转换器NCP1014构建。由于NCP1014
采用固定频率工作,电流不能上升到高于某个特定点;这个点由输入
电压及开关周期或导电时间结束前的初级电感来确定。由于导电时间
的限制,输入电流将跟随输入电压的波形,从而提供更高的功率因数
相关电路图见图2
MRA4007 MRA4007 L12.7mH
J1-2
MRA4007 MRA40C7
D7 MURES2QTS
⊥E蟲nodp
MURAT.0
MME 1LT1
1020u
LE Cathod
J2-
:C85
820
图2:NCP1014 LEDGTGEVE电路图。
设计过程
较高的开关频率可以减小变压器尺寸,但同时会增加开关损耗。本参
考设计选择了100kHz版本的NCP1014作为平衡点。这个单芯片转
换器的能效预计为约75%,因此,要提供8W输出功率,预讣需要
10.6W的输入功率。输入功率范围为是90到265Vac。NCP1014
包含安森美半导体的动态自供电(DSS)电路,藉减少元件数量简化了
启动。这集成控制器的散热考虑因素决定了最大输出功率。电路板上
的铜区域会散热并降温。当转换器工作时,反激变压器上的偏置绕组
会关闭DSs,降低转换器功率耗散。较低的工作温度伩更多的电能
可以提供给负载。
下文简单介绍本参考设计各电源段所选择的元器件及部分相关选择
哩据。详细的设计过程参见安森美半导体的《用丁“能源之星“ED照
明应用的离线LED驱动器参考设计文档套件》,网址是:
http://www.cntronics.com/public/whitepaper/download?id=96
1)电磁干扰(EM滤波器
开关稳压器从输入源消耗电流。有关谐波含量的要求限制了电源输入
电流的高频分量。通常滤波器由电容和电感组成,可以削弱不想要的
信号。输入线路上连接的电容以与输入电压90°的异相导电电流,这
种改变的电流使输入电压与电流之间出现相差,降低了功率因数,故
需要在滤波需求与维持高功率因数之问取得平衡。
根据电磁干扰的属性及滤波器元件的复杂特性,电容C1和C2起始
选择了100nF电容。选择的差分电感L1用于提供LC滤波器频率,
约为开关频率的110。所使用的电感值是:
1=12x+01+n)21/2x+01+10025mn
100HF
实际设计中选择的是2.7mH电感,这是个标准电感值。基于这个
起点,根据经验来调节滤波器以符合导电放射限制。电容C2增加到
了220nF,从而提供放射限制余量。电阻R1限制浪涌电流,并在故
暲事件中提供可熔元件。根据应用环境的不同,可能需要熔丝来符合
安全要求。注意在初级总电容较小的情况下浪涌电流较小。
2)初级针位
二极管D5、电容C3和电阻R2组成钳位网络,控制由反激变压器泄
漏电感造成的电压尖峰。D5应当是快速恢复器件,额定用丁应对峰
值输入电压及反射到变压器初级上的输出电压。600V额定电流为1
A的MURA160快速恢复二极管是二极管D5的适宜选择。电容C3
必须吸收泄漏的能量,同时电压只有极小的增加,1.5nF的电容是以
用于这类低功率应用。电阻R2必须耗散泄漏的能量,但并不必须会
降低能效。电阻R2根据经验选择47kΩ。需要注意的是,电阻R2
和电容C3必须额定用于1255V电压。
3)偏置电源
二极管D6对偏置绕组提供的电源整流。200mA电流时额定电压为
100ⅴ的MMBD914二极管是D6的适宣选择。初级偏置由电容C4
电阻R3和电容C5来滤波。选择的C5为22μF,C4为0.1pF,
R3为1.5kQ。
4输出整流器
输岀整流器必须承受远高丁630mA平均输出电流的峰值电流。最大
输出电压为22V,整流器峰值电压为93.2Ⅴ。所选择的输出整流器
是3A、200V、35nS的MURS320,提供低正向压降及快开关时间。
2,000μF的电容将输出纹波电流限制在25%,或是峰峰值144mA
5)电流控制
通过监测与输出串联的感测电阻 RSENSE的压降,维持恒定的电流
输出。电阻R11连接感测电阻至通用PNP晶体管Q1的基极射极结
当感测电阻上的压降约为0.6V时,流过R11的电流偏置Q1,使其
导通。Q1决定了流过光耦合器∪2的LED的电流,并受电阻R4限
制。光耦合器U2的晶休管为NCP1014提供反馈电流,控制着输出
电流
设定输出电流lout=630mA则要求感测电阻 RSENSE=0.85Ω。感测
电阻由4颎并联的元件R6、R7、R8和R9组成,选择R6和R7的
阻值为1.8Ω,选择R8的阻值为10Ω,而让R9开路,从而产生约
0839的总感测电阻
6)功率因数控制
在本电路中维持高功率因数有赖于缓慢的反馈响应时间,仅支持给定
输入电源半周期内反馈电平略微改变。对于这种电流模式的控制器件
而言,最大峰值电流在半周期内几乎保持恒定。与传统反馈系统相比,
这就改善了功率因数。电容C6提供慢速的环路响应,抑制NCP1014
的内部18kΩ上拉电阻及从反馈光耦合器晶体管消耗的电流。从经验
来看,电容C6确定在22μF至47μF的范围之间。
7)变压器
本LED驱动器要求的最低输入电压为90Vac,相应的峰值为126
VaC,在输出功率P=8W、效率()=075及Vin=126V的条件下,
计算出的峰值电流lpk=0.339A。再使用100kHz的开关频率fSW)
值,计算出初级电感(lp)=1858H
这个功率等级适合选择窗口面积(Ac)为02cm2的E16磁芯。最大
磁通密度设定为3kG,可以计算出的初级匝数为105叵(T)。输出电
压限制为22,用于丌路事件下的保扩。为了提供一些输出电压余
量及降低占空比,输出电压值增加50%,达到33V。次级最小匝数
(Ns)将是约20叵
NCP1014需要最低8.1Ⅴ的电压,使转换器工作时DSs功能免于激
活。最低LED电压设计为125V,初级偏置绕组匝数Nb)为约13
币。
8)开路保护
齐纳二极管提供廾路保护。廾路电压由二极管D8电压、电阻R4压
降及光耦合器LED电压之和确定。所选择的齐纳二极管D8的额定
电压为18V。
9)泄漏电阻器及滤波器
电阻R10及电容C10提供小型的放电通道,并为输出滤波。
10)模拟调光
本参考设计包含一个可选的控制部分,这部分电路以模拟电流调节来
调光。出于这个目的,可以增加电阻R12、R14、R15、二极管D9
晶体管Q2等元器件从及接往电位计R3的连接。本设计所选择的
电阻R12的阻值为1kQ,调光电位计R13为10kQ,R14为8209,
R15为1kQ。
11)电容寿命
LED照明的其中一项考虑因素是驱动器与LED应当貝有相当的工作
寿命。虽然影响电源可靠性的因素众多,但电解电容对任何电子电路
的整体可靠性至关重要。有必要分析本应用中的电容,并选择恰当电
解电容,从而提供较长的工作寿命。电解电容的可用寿命在很大程度
上受环境温度及内部温升影响。本参考设计选择的电容是松下的
ECA-1EM102,额定值为1000μF、25V、850mA、2,000小时及
85℃。在假定50℃环境温度条件下,这电容的可用寿命超过12万小
时
测试结果
相关测试数据是NCP1014 LEDGTGEVB评估板在负载为4颗LED、
工作电流约为630mA条件下测得的,除非另行有申明。图3及图4
是不同条件下的能效测量数据。图5显示的是不同线路电压条件下的
功率因数。需要指出的是,输入电压在90ac至135∨ac范围内时,
功率因数高于0.8,远高于“能源之星”的LED住宅照明应用功率因数
要求
90115140165190215240265
LINE VOLTAGE VEc)
QUIPUI POWER(W)
(系统自动生成,下载前可以参看下载内容)
下载文件列表
相关说明
- 本站资源为会员上传分享交流与学习,如有侵犯您的权益,请联系我们删除.
- 本站是交换下载平台,提供交流渠道,下载内容来自于网络,除下载问题外,其它问题请自行百度。
- 本站已设置防盗链,请勿用迅雷、QQ旋风等多线程下载软件下载资源,下载后用WinRAR最新版进行解压.
- 如果您发现内容无法下载,请稍后再次尝试;或者到消费记录里找到下载记录反馈给我们.
- 下载后发现下载的内容跟说明不相乎,请到消费记录里找到下载记录反馈给我们,经确认后退回积分.
- 如下载前有疑问,可以通过点击"提供者"的名字,查看对方的联系方式,联系对方咨询.