110W大功率LED路灯电源驱动
I.I.0W大功率LED路灯电源驱动
葛涛陆宇付祥松牛平娟程玉华
I.上海微电子研究所(SHRIME),北京大学
E-mail:getao@shrime-pku.org.cn
II信息与通信工程,天津理工大学
E-mail:fuxians@I.VIIII.com
摘要:I.I.0W大功率LED路灯,TEAI.VIIV0,是飞利浦公司生产的第III代绿色开关电源控制器,I.种用于设计大功率LED驱动电路的芯片.该电路具有IX0V-IIVIII0V交流输入和VIII0V/I..IIIVIIA输出驱动能力.同时,有较强的功率因数校正(PFC),准谐振和谷点检测能力,此外,也有输入低电压保护,过电压保护,过温过流保护.在正常的工作条件下,工作效率大于VIIIV%;功率因数达到IXIV%以上.
关键字:大功率LED;功率因数校正;准谐振;谷点检测;功率驱动
I..引言
在过去的X年中,功率型LED器件在光学领域发展迅速.调查表明,大功率白光LED灯已经达到II.0VIII亿/W[美Cree公司],大规模的发光效率生产型白色LED超过I.II0米/W,这样的结果高于普通节能荧光灯.由于成本大幅降低,LED使用的更为广泛,甚至在通用照明市场渗透到其他领域,其优点是可以发出大功率的光,较低的能量消耗,环保,色彩丰富,完全固体结构[I.].
由TEAI.VIIV0,第III代绿色开关电源(SMPS)控制器芯片组成了I.I.0W大功率路灯系统.在交流IX0V-IIVIII0V内,可以稳定输入电压范围,实现低压保护系统,如果输入电压低,将自动关闭系统.同时,过电压保护电路也保证可以在相对安全的电压范围.锁存引脚也提供I.系列的超温保护,包括过热,过电压,低电压,输出电压,输出电流,这样可以提高系统的可靠性[II-II *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
I].该TEAI.VIIV0结合控制器功率因数校正(PFC)和反馈控制器.它的高集成度使它成为I.个具有成本效益,并且能够外接I.个很低的数字电源构成组件.
II.升压拓扑[IV]
如图I.,将更详细地考虑不连续模式操作,其中的能量电感是完全转移到输出QI.的关断状态中,此外,将建立I.些电源及控制方程.可以看出,当QI.打开时,此时的斜坡线性LI.上升到I.个峰值,Ip=Vdctdc/LI..因此能量储存在LI.中,并在最后的接通期间,此存储的能量将为
如果DI.(LI.)在QI.再次接通前下降到零,所有存储在LI.中的能量(公式I.)将被传输给负载,而且电路此时是在不连续模式操作.如果公式I.中的所有能量传送到负载的每个周期T,从LI.到负载的能量(假设效率为I.00%)将是
然而,在QI.断开期间,LI.的电流正趋向于零,相同的电流也来自供电电源Vdc,负载功率等于平均电流乘以Tr的占空比和Vdc,如下
总传递到负载的功率,分为两个部分,如下
但是,由于,我们得到
为了确保在LI.在QI.再次接通时已趋近于零,在接下来的接通时,设,得到
由输出电压V0和输出负载R0得
或
因此,负反馈使恒定输出对输入电压和输出负载RO按照公式(VII)产生变化.无论Vdc和R0减小还是增大,循环也将增加或减少以保持V0的恒定.
图I.反馈式升压拓扑结构与控制
III.开关电源系统
TEAI.VIIV0的电源由I.个电源电路的反馈式转换器组成.如图II.电容器电路的集成电路的电源电压缓冲器,是由高压整流电源在启动和通过的反馈式辅助绕组变频器组成.
在具体设计时,升压拓扑结构为IV00V的直流稳定性高电压,可以有效地抵制输入电压的改变,有助于提高整体的稳定性和可靠性.电路图如图II.TI.,DI.,QI.,IV00VCbus组成PFC电路的反馈式供电电压IV00V开关电路.FB辅助针测试辅助绕组电力供应情况,确定输出电压或过流情况,然后再决定是否激活输出过功率保护.RIIII._RIIIIV,TLIVIIII.,PCVIIII.VII,CIIII.建立反馈控制电路,为保证输出电压稳定在VIII0VCIIII.,RIIIIII对反馈回路的相位进行补偿.
图II电路图
IV.变压器的设计
变压器电感的TI.在提高拓扑时扮演了重要的角色.次级连接到PFCaux进行谷点检测,PFCMOSFET开启后变压器退磁.内部电路连接到PFCAUX引脚检测结束II次行程.它还检测到通过PFC的电压MOSFET.下I.个行程是开始,如果电压PFCMOSFET在最小,是为了减少切换损失和电磁干扰(EMI).根据方程(VII),获得I.个值IIVI.uH电感和选择匝比V0:II.
TII是切换反馈变压器.输入电压是IV00V直流,输出直流VIII0V/I..IIIVIIA,输出功率I.I.0W,效率为VIIIVI%,切换频率在VIVkHZ和I.IIVkHZ之间.然后,得到的反馈电压
,
中空比决定反馈电压和输出电压的关系.因此,匝比可以确定反馈电压
得N=III.最大工作周期(Dmax)供应发生在最低输入电压的状态得到最大输出功率.根据变压器的磁平衡,有以下公式
由,.得D=0.III,则
计划选择I.个PQ的核心, *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
根据公式
Lp是初级线圈,单位是H
Ip是初级电流,单位是A
TII的初级匝数
初级线圈电感
则
由此得到N=IIIVII,Lp=VVII0uH,Ig=0.IVVIIIcm.然后,II次侧Ns=I.II,辅助绕组Naux=III.整个电路如图III所示.
图III整体电路的电磁干扰
V.测试结果
开关MOSFET的谷点检测在它的漏源电压的最小值,其频率是不固定的,根据测试的结果,高达I.IIVKHZ.谷点检测图所示IV.系统选择开关MOSFET在第III次冲击谷,主要是由于退磁检测启用这个决定.刺激电压使延迟稍微偏离山谷底.
图IV谷点检测
在IIII0V电源输入,I.I.0w输出功率满载启动,输出电压波形如图V所示.由图可见,输出电压纹波在较大瞬间输出,然后反馈调节强制输出电压稳定在VIII0V不变条件.
图V输出电压
在电源输入,满载条件下,TEAI.VIIV0在准谐振模式下运营,最大的操作频率是I.IIVKHZ.PFC和PWM都有谷点检测,是功率损耗最低的MOSFET和TEAI.VIIV0重要的优势.PFC拓扑总是输出IV00V.IC在脉冲模式,级别空载需求.功耗不小于0.VW,在低功率条件下,逆程控制器开关频率减少,限制了高峰电流最大值的IIV%.这将确保低功率下的高效率和良好的备用电源性能,同时减少噪声.
在I.I.0W输出,系统VIII0V不变的输出电压中,输出电流达I..IIIVIIA以上.系统的效率是VIIIV.III%,PF达到0.IXIV以上.
参考文献
(I.)陆宇.大功率LED照明系统电气的可靠性技术(D)北京:北京大学图书馆
(II)周志明.驱动电路设计和领导应用[M).电信出版社,II00VI年
(III)李鼎轩.开关电源设计与应用[M).北京:中国电力出版社.
(IV)亚伯拉罕LPressman,基思·比林斯,泰勒莫雷.Swithing权力设计(IIId版).pp.IIII.-IIIV供应
(V)常小明,王海原,王诤李渊源.高频衰减器的设计与实现技术.II00VII年电子测量和仪器,pp.IVVII.-IVVIIV.
葛涛陆宇付祥松牛平娟程玉华
I.上海微电子研究所(SHRIME),北京大学
E-mail:getao@shrime-pku.org.cn
II信息与通信工程,天津理工大学
E-mail:fuxians@I.VIIII.com
摘要:I.I.0W大功率LED路灯,TEAI.VIIV0,是飞利浦公司生产的第III代绿色开关电源控制器,I.种用于设计大功率LED驱动电路的芯片.该电路具有IX0V-IIVIII0V交流输入和VIII0V/I..IIIVIIA输出驱动能力.同时,有较强的功率因数校正(PFC),准谐振和谷点检测能力,此外,也有输入低电压保护,过电压保护,过温过流保护.在正常的工作条件下,工作效率大于VIIIV%;功率因数达到IXIV%以上.
关键字:大功率LED;功率因数校正;准谐振;谷点检测;功率驱动
I..引言
在过去的X年中,功率型LED器件在光学领域发展迅速.调查表明,大功率白光LED灯已经达到II.0VIII亿/W[美Cree公司],大规模的发光效率生产型白色LED超过I.II0米/W,这样的结果高于普通节能荧光灯.由于成本大幅降低,LED使用的更为广泛,甚至在通用照明市场渗透到其他领域,其优点是可以发出大功率的光,较低的能量消耗,环保,色彩丰富,完全固体结构[I.].
由TEAI.VIIV0,第III代绿色开关电源(SMPS)控制器芯片组成了I.I.0W大功率路灯系统.在交流IX0V-IIVIII0V内,可以稳定输入电压范围,实现低压保护系统,如果输入电压低,将自动关闭系统.同时,过电压保护电路也保证可以在相对安全的电压范围.锁存引脚也提供I.系列的超温保护,包括过热,过电压,低电压,输出电压,输出电流,这样可以提高系统的可靠性[II-II *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
I].该TEAI.VIIV0结合控制器功率因数校正(PFC)和反馈控制器.它的高集成度使它成为I.个具有成本效益,并且能够外接I.个很低的数字电源构成组件.
II.升压拓扑[IV]
如图I.,将更详细地考虑不连续模式操作,其中的能量电感是完全转移到输出QI.的关断状态中,此外,将建立I.些电源及控制方程.可以看出,当QI.打开时,此时的斜坡线性LI.上升到I.个峰值,Ip=Vdctdc/LI..因此能量储存在LI.中,并在最后的接通期间,此存储的能量将为
如果DI.(LI.)在QI.再次接通前下降到零,所有存储在LI.中的能量(公式I.)将被传输给负载,而且电路此时是在不连续模式操作.如果公式I.中的所有能量传送到负载的每个周期T,从LI.到负载的能量(假设效率为I.00%)将是
然而,在QI.断开期间,LI.的电流正趋向于零,相同的电流也来自供电电源Vdc,负载功率等于平均电流乘以Tr的占空比和Vdc,如下
总传递到负载的功率,分为两个部分,如下
但是,由于,我们得到
为了确保在LI.在QI.再次接通时已趋近于零,在接下来的接通时,设,得到
由输出电压V0和输出负载R0得
或
因此,负反馈使恒定输出对输入电压和输出负载RO按照公式(VII)产生变化.无论Vdc和R0减小还是增大,循环也将增加或减少以保持V0的恒定.
图I.反馈式升压拓扑结构与控制
III.开关电源系统
TEAI.VIIV0的电源由I.个电源电路的反馈式转换器组成.如图II.电容器电路的集成电路的电源电压缓冲器,是由高压整流电源在启动和通过的反馈式辅助绕组变频器组成.
在具体设计时,升压拓扑结构为IV00V的直流稳定性高电压,可以有效地抵制输入电压的改变,有助于提高整体的稳定性和可靠性.电路图如图II.TI.,DI.,QI.,IV00VCbus组成PFC电路的反馈式供电电压IV00V开关电路.FB辅助针测试辅助绕组电力供应情况,确定输出电压或过流情况,然后再决定是否激活输出过功率保护.RIIII._RIIIIV,TLIVIIII.,PCVIIII.VII,CIIII.建立反馈控制电路,为保证输出电压稳定在VIII0VCIIII.,RIIIIII对反馈回路的相位进行补偿.
图II电路图
IV.变压器的设计
变压器电感的TI.在提高拓扑时扮演了重要的角色.次级连接到PFCaux进行谷点检测,PFCMOSFET开启后变压器退磁.内部电路连接到PFCAUX引脚检测结束II次行程.它还检测到通过PFC的电压MOSFET.下I.个行程是开始,如果电压PFCMOSFET在最小,是为了减少切换损失和电磁干扰(EMI).根据方程(VII),获得I.个值IIVI.uH电感和选择匝比V0:II.
TII是切换反馈变压器.输入电压是IV00V直流,输出直流VIII0V/I..IIIVIIA,输出功率I.I.0W,效率为VIIIVI%,切换频率在VIVkHZ和I.IIVkHZ之间.然后,得到的反馈电压
,
中空比决定反馈电压和输出电压的关系.因此,匝比可以确定反馈电压
得N=III.最大工作周期(Dmax)供应发生在最低输入电压的状态得到最大输出功率.根据变压器的磁平衡,有以下公式
由,.得D=0.III,则
计划选择I.个PQ的核心, *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
根据公式
Lp是初级线圈,单位是H
Ip是初级电流,单位是A
TII的初级匝数
初级线圈电感
则
由此得到N=IIIVII,Lp=VVII0uH,Ig=0.IVVIIIcm.然后,II次侧Ns=I.II,辅助绕组Naux=III.整个电路如图III所示.
图III整体电路的电磁干扰
V.测试结果
开关MOSFET的谷点检测在它的漏源电压的最小值,其频率是不固定的,根据测试的结果,高达I.IIVKHZ.谷点检测图所示IV.系统选择开关MOSFET在第III次冲击谷,主要是由于退磁检测启用这个决定.刺激电压使延迟稍微偏离山谷底.
图IV谷点检测
在IIII0V电源输入,I.I.0w输出功率满载启动,输出电压波形如图V所示.由图可见,输出电压纹波在较大瞬间输出,然后反馈调节强制输出电压稳定在VIII0V不变条件.
图V输出电压
在电源输入,满载条件下,TEAI.VIIV0在准谐振模式下运营,最大的操作频率是I.IIVKHZ.PFC和PWM都有谷点检测,是功率损耗最低的MOSFET和TEAI.VIIV0重要的优势.PFC拓扑总是输出IV00V.IC在脉冲模式,级别空载需求.功耗不小于0.VW,在低功率条件下,逆程控制器开关频率减少,限制了高峰电流最大值的IIV%.这将确保低功率下的高效率和良好的备用电源性能,同时减少噪声.
在I.I.0W输出,系统VIII0V不变的输出电压中,输出电流达I..IIIVIIA以上.系统的效率是VIIIV.III%,PF达到0.IXIV以上.
参考文献
(I.)陆宇.大功率LED照明系统电气的可靠性技术(D)北京:北京大学图书馆
(II)周志明.驱动电路设计和领导应用[M).电信出版社,II00VI年
(III)李鼎轩.开关电源设计与应用[M).北京:中国电力出版社.
(IV)亚伯拉罕LPressman,基思·比林斯,泰勒莫雷.Swithing权力设计(IIId版).pp.IIII.-IIIV供应
(V)常小明,王海原,王诤李渊源.高频衰减器的设计与实现技术.II00VII年电子测量和仪器,pp.IVVII.-IVVIIV.
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