詳解非隔離線路在LED驅(qū)動(dòng)電源上常見應(yīng)用問題

　　隨著全球各國日益注重節(jié)能減排的要求， LED作為新光源以其高效節(jié)能越來越得到廣泛的應(yīng)用。下面主要介紹關(guān)于小功率段1-30W之間的LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用非隔離技術(shù)方面的介紹。

　　阻容降壓：

　　1. 阻容降壓的原理和應(yīng)用：

　　電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流， 而電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。

　　2. 采用電容降壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙荩?而不是依據(jù)負(fù)載的電壓和功率， 限流電容必須采用無極性電容， 不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上， 最理想的電容為聚丙烯金屬薄膜電容。 電容降壓不能用于大功率條件， 一般用于5W以下小功率應(yīng)用場合， 電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件， 電容降壓不適合容性和感性負(fù)載， 在LED電源的驅(qū)動(dòng)方面應(yīng)用上適合單電壓應(yīng)用。

　　3. 阻容降壓式簡易電源的基本電路如(圖1)

　　圖1

　　C1為降壓電容器， D1， 2， 3， 4為橋式整流二極管， ZD1是穩(wěn)壓二極管， R1為關(guān)斷電源后C1的電荷泄放電阻。

　　4. 器件選擇

　　電路設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值， 然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io， 實(shí)際上是流過C1的充放電電流Ic.C1容量越大， 容抗Xc越小， 則流經(jīng)C1的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io小于C1的充放電電流時(shí)， 多余的電流就會流過穩(wěn)壓管， 若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時(shí)易造成穩(wěn)壓管燒毀。為保證C1可靠工作， 其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。泄放電阻R1的選擇必須保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。

　　5. 實(shí)際參數(shù)計(jì)算方法：

　　已知C1為0.33μF， 交流輸入為220V/50Hz， 求電路能供給負(fù)載的最大電流。

　　C1在電路中的容抗Xc為：

　　Xc=1 /(2 πf C)= 1/(2*3.14*50*0.33*10-6)= 9.65K

　　流過電容器C1的充電電流(Ic)為：

　　Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA.

　　線性驅(qū)動(dòng)電路：

　　1. 典型的電路如(圖2)

　　圖2

　　2. 工作原理：

　　R3為恒流電阻， 利用R3的壓降來控制TL432的開關(guān)， 在利用432的開關(guān)來控制Q1的導(dǎo)通從而達(dá)到輸出恒流的目的， 選擇432的目的是利用432基準(zhǔn)為1.21V來降低在R3上的損耗。電流恒流值之為1.21/R3， R1選擇根據(jù)Q1的放大倍數(shù)來選取。

　　3. 應(yīng)用場合注意事項(xiàng)：

　　此電路建議應(yīng)用在單電壓輸入， 輸出電流小電流的LED電源驅(qū)動(dòng)上， 比如球泡燈， T管等， 一般建議輸出電流在100mA下。同時(shí)輸出電壓越接近輸入會比較好， 這樣避免Q1的的壓降過大而造成損耗過大， 效率較低， 因此LED的使用也最好串聯(lián)使用。

　　恒流二極管驅(qū)動(dòng)電路

　　1. 典型的電路如(圖3， 圖4)

　　圖3

　　圖4

　　理想的恒流源是一種內(nèi)阻為無窮大的器件， 不論其兩端電壓為何值， 其流經(jīng)的電流永遠(yuǎn)不變。當(dāng)然這種器件是不可能存在的。實(shí)際的恒流二極管相當(dāng)于一個(gè)在一定工作電壓范圍內(nèi) 例如25-100V其電流恒定為某一值例如20mA.其等效電路如圖5所示

　　圖5

　　其內(nèi)阻為Z， 并聯(lián)的電容大約為4-10pF.其典型的伏安特性如圖六所示。

　　圖6　它在某一個(gè)電壓范圍內(nèi)有一段恒流區(qū)間， 在這個(gè)區(qū)間， 流經(jīng)的電流幾乎不變， VL為到達(dá)IL的電壓值， IL大約為0.8Ip。

　　2. 應(yīng)用注意事項(xiàng)

　　由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進(jìn)入恒流， 所以太低的電源電壓是無法工作的。通常這個(gè)Vk大約在5-10V左右 所以大多數(shù)采用電池供電的LED是無法工作的， 最大電流由于恒流二極管的功耗受到限制， 所以過大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA， 恒流二極管就很難提供， 目前比較合適的使用場合就是交流市電供電的LED燈具采用很多小功率LED串聯(lián)也就是高壓小電流的情況是最為合適;但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制 所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來說用在220V市電電源里都還只能對付有限的電壓變化。220V經(jīng)過橋式整流以后它的輸出直流電壓大約為264V.如果市電變化+10% ~-15%就相當(dāng)于整流后為290~187V， 電壓變化103V.已經(jīng)超過其耐壓了。因?yàn)長ED伏安特性的非線性 所以很難用公式來表示?？傊?dāng)市電電壓降低時(shí)LED中的電流就會隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會跟著變。 典型應(yīng)用電路中圖3為典型的應(yīng)用電路， 圖4為加了阻容降壓的應(yīng)用電路為了應(yīng)對低電壓的輸出場合。

　　采用單極PFC的Buck電路

　　隨著目前法規(guī)和能效的需求， 針對LED應(yīng)用提出高PF以及適應(yīng)全電壓范圍都能可靠工作的要求， 并且朝小型化方面發(fā)展， 因此之前的填谷式的PFC電路也需要增加兩個(gè)高壓電容因體積的限制不太適合應(yīng)用。有鑒如此， 國內(nèi)外很多廠商都推出了適應(yīng)球泡燈和T管之類的非隔離電源應(yīng)用驅(qū)動(dòng)方案， 下面就以通嘉科技的LD7832做為典型介紹。

　　1. LD7832介紹

　　LD7832是一款應(yīng)用在Buck電路中采用TM模式控制的高PF值LED驅(qū)動(dòng)控制芯片， 應(yīng)用外圍元件少最大限度的減少了PCB尺寸， 保護(hù)功能齊全， 滿足各項(xiàng)功能測試和可靠性應(yīng)用測試的要求， 設(shè)計(jì)調(diào)試相當(dāng)簡單， 最大限度的滿足客戶要求快速設(shè)計(jì)上線量產(chǎn)并滿足法規(guī)的需求， 適合在30W以下球泡燈， T管等產(chǎn)品應(yīng)用， 為了適應(yīng)不同需要， LD7832有外置MOS和內(nèi)置MOS(2A)不同的版本供選擇。

　　2. 特點(diǎn) 內(nèi)置600V高壓啟動(dòng)電路

　　高PFC功能控制器

　　高效過渡模式控制

　　低成本設(shè)計(jì)應(yīng)用外圍零件最少

　　電流調(diào)整精度高

　　寬范圍 UVLO (17V開， 8V 關(guān))

　　Vcc 過電壓保護(hù)功能

　　ZCD欠壓保護(hù)功能

　　Cs短路保護(hù)功能

　　環(huán)路開路保護(hù)功能

　　IC內(nèi)部OTP保護(hù)功能(針對集成MOS IC)

　　250mA/-500mA驅(qū)動(dòng)能力

　　3. 工作原理

　　LD7832是采用電壓模式控制在邊界條件下工作的固定開通時(shí)間的PFC控制器， 利用IC的Comp電壓和IC內(nèi)部的Ramp信號做比較來決定MOS的開通時(shí)間。工作原理波形如下圖7.

　　在半個(gè)輸入電壓周期內(nèi)， 控制TON固定， 則電感電流峰值跟隨輸入電壓峰值， 且相位相同， 實(shí)現(xiàn)高功率因素PF， 有如下等式：

　　LT)t(V)t(IONIN)peak(L= (1)

　　4. 典型應(yīng)用線路：

　　5. 關(guān)鍵零件參數(shù)設(shè)計(jì)

　　5.1 Buck電感設(shè)計(jì)

　　先確定最大占空比， 再由輸出LED電壓， 電流算出Buck電感量：

　　D= VLED/VINDC (2)

　　L=【(1-D)*VLED】/(2*FSW*ILED) (3)

　　5.2 Iled 電流設(shè)定：

　　LD7832內(nèi)置的定電流電壓準(zhǔn)位為0.2V， 由此：

　　ILED=0.2/Rs (4)

　　5.3 Zcd 參數(shù)設(shè)計(jì)：

　　LD7832 ZCD的內(nèi)部電壓鉗位在0.3--5V，IC通過檢測ZCD pin電壓來控制Gate on/off并且確保IC工作在TM模式，同時(shí)此Pin還具有OVP保護(hù)功能，如果IZCD》200uA，ZCD OVP功能啟動(dòng)，加上Rz2的目的是為了減少高電壓輸入時(shí)對ZCD pin的干擾，誤觸發(fā)ZCD 的OVP.建議的Rzcd(RZ1)電阻取值如下式，Rzcd阻值建議至少大于100k：

　　1.3*uA2005V)(VR)(ZCDOUTZCD(Rz1)_OVP?》 (5)---如果沒有Rz2

　　1.3*}uA200{5/Rz25V)(VR)(ZCDOUTZCD(Rz1)_OVP+?》 (6)-----如果加上Rz2

　　5.4 Vcc設(shè)計(jì)

　　參考圖8， Zenor取值根據(jù)VOUT電壓設(shè)計(jì)， 一般Vcc取值設(shè)定在16V左右， Zenor=Vout-Vcc， Vcc電容設(shè)定在10-22μF.

　　5.5 Comp 參數(shù)選擇

　　建議的Comp 電容取值范圍在0.22-1μF左右。

　　5.6 應(yīng)用實(shí)例(輸出24V300mA)：

　　5.6.1實(shí)際的應(yīng)用線路圖

　　5.6.2 實(shí)際測試輸出電流精度和效率

　　測試條件：

　　Input:AC90/110/220/264(60HZ)

　　Output:CV mode： 20.4-27.6V

　　電流精度 (%)：

　　5.6.3 PF和THD

　　總結(jié)

　　本文主要簡單闡述了非隔離線路在LED驅(qū)動(dòng)電源上的一些應(yīng)用， 相比其他， 采用Buck PFC的方式可以在全電壓下工作， LED恒流精度基本上不受輸入電壓影響， LED可以以較大的電流工作， 并且在全電壓范圍都能實(shí)現(xiàn)較高的效率， 工作更加穩(wěn)定可靠， 當(dāng)然因?yàn)槭歉哳l開關(guān)工作模式也會帶來一些EMC的問題， 這是無法避免的。