根據(jù)VIPer17H設(shè)計(jì)無電解電容LED驅(qū)動器策略

許多國家正在積極發(fā)展LEDled/' target='_blank'>照明技術(shù)。高亮度LED要達(dá)到長壽命，并且要盡量小的光衰，溫度的控制是關(guān)鍵，因此與其他光源相比，LED燈都需要一塊比較大的散熱器。為了獲得理想的散熱效果，將LED與散熱器直接接觸可以獲得最小的熱阻，將散熱器暴露在空氣中是一種簡單有效的設(shè)計(jì)方法，但卻帶來了安全隱患，不過如果采用隔離的LED驅(qū)動器方案將解決此問題。在保證一定溫度條件下，LED壽命可以輕松超過20000小時，因此驅(qū)動器的壽命將成為整個燈具長壽命的關(guān)鍵因素。

眾所周知，電解電容是影響開關(guān)電源壽命的重要元件，限于電解電容的結(jié)構(gòu)，很難匹配LED的長壽命要求，因此有必要開發(fā)一種無電解電容的驅(qū)動器。此外根據(jù)能源之星于2008年11月發(fā)布的固態(tài)照明燈具計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)1.1版，其中對LED驅(qū)動器的PF值提出了要求，即民用燈具大于等于0.7，商用大于等于0.9。

本設(shè)計(jì)使用ST的新VIPer系列控制器VIPer17H，對標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用電路進(jìn)行一些修改后開發(fā)出一款3.6W無電解電容LED驅(qū)動器。輸入為100~240Vac/ 50~60Hz ，輸出為10V/360mA(平均值)，電路圖如圖1。

VIPer17是意法半導(dǎo)體(ST)新一代單片集成控制器，采用了BCD6和SuperMESH制程(圖2)，擁有更低的待機(jī)功耗，開關(guān)部分是一顆耐壓800V的MOSFET，加上完備的保護(hù)功能，包括OVP、OCP、OTP、SCP、Brownout等，可以使設(shè)計(jì)擁有更多的安全裕量。

在此芯片的7個引腳中，CONT腳比較特殊，具有兩個功能，見圖3：

1. 設(shè)定允許流過MOSFET的最大電流值Idlim;

2. 設(shè)定過壓保護(hù)點(diǎn)。

此3.6W無電解電容設(shè)計(jì)即是利用該引腳改變Idlim值來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)芯片工作原理，當(dāng)CONT引腳外接一顆電阻Rlim到GND時，在一定區(qū)間內(nèi)，隨著電阻值變小， MOSFET的限流點(diǎn)也會相應(yīng)的變小，對應(yīng)關(guān)系見圖4。從本質(zhì)上看，隨著Rlim的變小，是改變了流出CONT引腳的電流值，從而改變內(nèi)部的限流點(diǎn)。因此，如果再通過電阻連接CONT引腳與輸入整流橋的輸出端(如圖1的R11，R12)，那么流出CONT引腳的電流將會跟隨輸入電壓變化，進(jìn)而改變限流值，輸入升高，則限流點(diǎn)變大，反之亦然。通過這一步的變化，我們可以看到，流過開關(guān)管的電流值在一定程度上跟隨輸入電壓變化，輸入特性類似于PFC電路，因此可以采用PFC的電路結(jié)構(gòu)，一個小容值的輸入電容(一般為薄膜電容)。此設(shè)計(jì)采用的是一個0.1mF的薄膜電容，同時控制回路也類似于PFC電路的設(shè)置，非常低的回路增益穿越頻率，這樣可以獲得相對高的PF值和穩(wěn)定性。此時輸入端的電解電容已經(jīng)去掉。在滿足EMC要求的前提下，此電容的取值可以盡量小些，這樣可以獲得較高的PF值。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，陶瓷電容正在越來越多地進(jìn)入中低壓電解電容和鉭電容的應(yīng)用領(lǐng)域，陶瓷電容具有更低的ESR以及非常長的壽命，這兩點(diǎn)優(yōu)勢很適合LED驅(qū)動器，此設(shè)計(jì)中，次級采用5顆10mF/16V的陶瓷電容作為濾波電容。同時初級的VCC供電電路也采用了陶瓷電容，不過因?yàn)楣╇婋娏骱苄?，電容的自身發(fā)熱少，壽命的降低不如主電路濾波電容顯著，為了降低成本也可以使用電解電容。

到此，一款無電解電容的LED驅(qū)動器設(shè)計(jì)完畢，測試結(jié)果見圖5。從實(shí)際可知，由于輸出的電容的低容量以及類似PFC的控制回路設(shè)置，輸出電流的工頻紋波很大，甚至?xí)搅?，不過此頻率為100Hz，人眼是看不到閃爍的;需要指出的是為了維持在一個工頻周期內(nèi)輸出平均電流的恒定，電流的峰值是輸出平均值的1.7倍，而燈具設(shè)計(jì)時是按平均電流來選擇LED燈，因此峰值電流將對LED造成沖擊， 不過大多數(shù)LED可以承受這樣的沖擊，只要限制在一定范圍內(nèi)，比如SHARP的LED在此條件下，可以耐受額定值3倍的電流。除此之外，另一個難點(diǎn)在于濾除差模傳導(dǎo)噪聲，由于采用了小容值的輸入濾波電容，以及類似PFC的工作方式，使差模傳導(dǎo)噪聲高于普通的反激變換器，因此在圖1中，為了滿足EMI要求，增加了X電容和差模電感，由此帶來了體積的增大和成本的上升。不過為了獲得與LED燈匹配的長壽命，同時滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，此方案提供了一個新的選擇。