大功率、长寿命LED照明系统解决方案

By | 2020年7月25日

  因为领有更高的效率与更长的应用寿命,LED的应用日趋普及。因而,供电电源需求具备更高效率,至多要有与LED相反的应用寿命。美国国度半导体公司提出了一款处理计划,可以确保效率达到90%并领有超长的应用寿命。


  就THD(总谐波失真)而言,欧洲规范EN61000-3-2对功率损耗超越25W的照明安装有严格限度。别的,这些照明安装需求餍足功率因数要求。为此,需求蕴含有源PFC(功率因数校对),以确保输出电流与输出电压吻合。


  下文将探讨LED驱动器餍足这些要求的工作原理,并对AC/DC降压转换器若何高效地驱动30只同串的高亮度LED进行阐明。


  别的,本文还将给出另一种完成办法的构造表示图,即采纳隔离式AC/DC电源及一款具备静态余量管制的LM3464。经过防止电磁滋扰,该计划具备极高效率。


  简介


  LED正愈来愈宽泛使用于照明革新、产业照明、贸易照明、街道照明和其它泛滥畛域,其效率和应用寿命曾经患上以证明,为提供更高牢靠性,它需求一个精良的电源以餍足其需要。咱们的第一个计划是由两级形成:一个前端PFC与一个LM3445 LED驱动器。


  图一给出了却构框图,该计划无需电流隔离并进步了工作效率。总零碎效率更多地取决于AC/DC隔离变压器。反激式PFC尽管经济,但效率很难超越85%。正在第一个计划中,正在散热安装以及LED之间应用绝缘胶层或陶瓷层进行隔离,因为变压器毋庸隔离,其效率变患上更高。


  图1,构造图


  该电源的次要目的是将整流AC输出转换为DC稳压电流,如下是一个优化示例,表示正在350mA电流下若何驱动功率达到35W的30个高亮度白光LED。该电源为LED提供了维护,限定了瞬态输出电压,并正在热插拔时防止了电漂泊涌。总的电源分歧性(电源母线谐波(EN),电源母线滋扰,国内平安规范等)全副合乎欧洲规范(EN)。


  上面是一个应用镇流器对35W的T8管进行交换的示例,见图2。正在LED串开路、短路或过载的状况下,能够维护镇流器以避免发作毛病。它确保了任何元件都没有会正在毛病下过热或废弃,以确保设计的稳固性。


  图2,应用镇流器时35W的T8灯管进行交换。


  镇流器与T8的次要特性以下:


  • 实用于欧洲输出电压范畴,但能够进一步扩大到从85VAC〜265VAC的更宽范畴。


  • PF为0.98


  • 输入电流为350mA


  • 输入电压为100V±20%(取决于LED VF)


  • 母线谐波合乎EN61000 – 3 – 2 C类规范要求


  • 电磁滋扰(导电性)合乎EN55022 规范要求


  • 电磁滋扰(辐射)合乎现行EN55022 规范要求


  • 效率为87%


  • 合乎现行平安规范要求


  • 被动冷却形式


  • 温度范畴-20 ° C〜+65 ° C


  • 应用聚合物电容器延伸寿命


  • 应用同享电流的3串90 LED LCW_G5GP-GX-6S的欧司朗T8管。


  第一级PFC


  年夜少数根本的AC/DC电源正在输出线路中城市孕育发生谐波失真且功率因数较差,因而很难餍足欧洲规范EN – 61000 – 3 – 2的要求。该处理计划应用PFC电路,使输出电流波形与输出电压波形一样为正弦波波形。


  关于镇流器产物,则合乎欧洲EN – 61000 – 3 – 2


  C类规范。该规范实用于一切的照明产物,包罗有源输出功率年夜于25W的调光设施。


  PFC作为升压转换器,正在临界导通模式下运转。它提供了一个绝对稳固的输入电压(380VDC),作为LED驱动器输出电压。LED驱动器作为恒定电流管制降压转换器,将更实用于整流输出电压。


  因为LED驱动用具有更高输出纹波,正在380 VDC环境中将用较小电容。因为毛病率较高,为放弃短暂的应用寿命,没有容许应用电解电容器。


  这类镇流器应用EPCOS薄膜电容器来代替电解电容,依据外部目标对一切组件的额降值加以限定,这最年夜限制地减小了毛病率,延伸了整个零碎的应用寿命。


  第二级是LED驱动器 , 选用了LM3445恒流管制器。


  LM3445是一个具备自顺应恒定关断工夫的AC/DC降压恒流管制器,兼容三端双向可控硅开关(TRIAC)调光与脉冲宽度调制(PWM)旌旗灯号。LM3445为年夜功率LED照明提供了恒定的电流值,调光解码器容许更宽范畴的LED调光。


  图3 具体地表示了LED驱动器正在一个完好交流电周期内Q3的漏源电压以及电流状况。


  该周期可划分为几个没有同阶段,曲线以下:


  1.闭合阶段


  2.导通阶段


  3.断开阶段


  4.断开阶段,能量转移至负载


  图3,LED驱动器正在一个完好交流电周期内Q3的漏源电压以及电流状况。


  该LED驱动器采纳恒定关断工夫管制,经过一串LED调理电流。当MOSFET导通时,经过电感器的LED电流添加,直抵达到由参考电压以及电流检测电阻限定的峰值为止。达到该峰值电流后,MOSFET关断,同时二极管正在Toff时期导通。


  为驱动更多的LED,进行了一些改良,包罗胜利串接了60只LED。正在输入功率为70W时,其总效率可达92%,经过并联其余LM3445能够驱动多串LED(每一串30只),但将需求更多电缆,以衔接LED 。


  图4,采纳多串LED的处理计划。


  另外一种办法如图 4 所示 。此中主电源一侧的输入电压低于60V,这合乎UL1310规范Class 2对最高电压的限度要求。当隔离零碎中要求限定次级电压时,惟一的抉择是多串LED。


  正在次级,LM3464是一款多通道LED驱动管制器。作为线性稳压器,每一个LM3464最多可管制四个内部功率N-MOSFET,因而,可以管制多串LED,而每一串可串连多达15个LED。


  每一通道最年夜的均匀电流值可达500mA,图 4 表示了LM3464若何管制绝缘AC/DC 高级离线电源,经过LM3464收回的指令能够对Vo静态调整从而使经过每一个线性稳压器的电压值放弃最低。Vo的调理基准是参考电压最高的LED勾通道。即便每一通道的驱动电流达350mA,LM3464的功率效率也可超越95%。图1以及图4的一个首要区分正在于LM3464无需新的开关频次,这关于管制EMI而言极为首要,由于跟着总功率的添加EMI会愈来愈难以管制,而 惟一的开关噪声来自于AC/DC局部。


  论断


  本文探讨了驱动更少数量LED的没有同办法。第一个处理计划应用PFC作为规范的升压安装以驱动一个有隔离散热安装的LED串(30只) ,这关于需求多串少数量LED的设计工程师来说是一个极具吸引力的抉择。示例着重于LED的改换,LED灯管的具体信息能够依据需要提供。假如设计正确,除了了高能效之外,LED灯管以及镇流器都有很长的应用寿命。关于传统的照明安装来说,保护用度不断是一笔很年夜的开支,而应用LED灯管能将保护用度降至最低。


  第二个处理计划应用一个一次电源以及静态余量管制的多通道线性稳压器。工程师想给每一串LED串装备一个


  专属电源,然而正在每一个LED串中应用降压调理器会呈现成绩。关于他们来说,这个处理计划的确极具吸引力。该LM3464提供了一个别积更小,价钱更廉价,应用更简略的抉择,同时放弃高功率效率、高牢靠性以及极佳的电磁兼容功能(EMC)。