基于高度集成的IC使LED燈符合EMC和電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

比較照明技術(shù)時(shí)，最有意義的指標(biāo)便是發(fā)光效率，以流明/瓦(Lm/W)表示。白熾燈和鹵素?zé)粼谶@方面顯得尤為不足，其額定發(fā)光效率為15Lm/W~ 20Lm/W，而緊湊型熒光燈的發(fā)光效率通常為50Lm/W。但在過(guò)去的幾年中，HB(高亮度)LED甚至已超出這一數(shù)值，到2012年可望達(dá)到150Lm/W之多。除了能效更高外，LED燈還具有工作壽命更長(zhǎng)以及工作和維護(hù)成本更低等優(yōu)勢(shì)。因此，HB LED燈有望在未來(lái)幾年中成為重要的家用和商用產(chǎn)品。由于將LED功率驅(qū)動(dòng)電路裝入標(biāo)準(zhǔn)燈殼具有難度，因此早期的一些LED燈泡并沒(méi)有內(nèi)部濾波器，也就談不上符合EMC標(biāo)準(zhǔn)了。而且，其中很多的LED燈泡都采用了低效能的電容降壓式電源，而不是開(kāi)關(guān)式鎮(zhèn)流器。這種方法可造成交流市電電流不平衡，因而導(dǎo)致某些設(shè)備的電能質(zhì)量問(wèn)題。

設(shè)計(jì)目標(biāo)

本設(shè)計(jì)用于為一串額定電流為300mA的3個(gè)HB LED(相當(dāng)于10W的標(biāo)準(zhǔn)白熾燈)供電。在正常工作情況下，輸出電壓被串聯(lián)LED的正向壓降箝位在約9.5Vdc，但該電路必須達(dá)到12Vdc，以便為二極管的性能變化留出余地。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為開(kāi)關(guān)式恒流離線式降壓穩(wěn)壓器，能夠在整個(gè)85

Vac~ 265Vac通用輸入范圍內(nèi)和47Hz ~ 64Hz的線電壓頻率下進(jìn)行工作。其它設(shè)計(jì)目標(biāo)包括高效能、低成本及符合EN55022A EMI要求。該設(shè)計(jì)可以集成到標(biāo)準(zhǔn)燈殼中(Edison螺口燈泡和卡口鹵素?zé)艟?，非常便于替換現(xiàn)有的燈泡。EMI符合性考量

由于空間和成本限制，市場(chǎng)上有很多LED燈的設(shè)計(jì)并不符合傳導(dǎo)EMI規(guī)范。但本文中的設(shè)計(jì)利用了集成到PI的LinkSwitch-TN功率轉(zhuǎn)換IC中的頻率調(diào)制特性，因此可以使用體積更小的EMI濾波器。

設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

Power Integrations的LinkSwitch-TN LNK306DN集成功率轉(zhuǎn)換IC中含有一個(gè)完全集成的700V功率MOSFET，因而無(wú)需外部電源器件。離線式非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以在連續(xù)導(dǎo)通模式下，以66KHz的最大頻率進(jìn)行工作。該頻率采用4kHz的峰峰值頻率抖動(dòng)進(jìn)行調(diào)制，可以簡(jiǎn)化對(duì)EMI濾波器的設(shè)計(jì)要求。雖然本設(shè)計(jì)采用了降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但這種IC還可以配置為降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。而非常關(guān)鍵的一點(diǎn)是，LinkSwitch-TN LNK306DN采用了小型SO-8封裝，這對(duì)于此應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是很大優(yōu)勢(shì)。

轉(zhuǎn)換器和EMI濾波器的設(shè)計(jì)原理參見(jiàn)圖1。根據(jù)電流檢測(cè)電阻器R8和R10之間的壓降，電流控制環(huán)路被設(shè)置為所需的恒定電流值。雖然標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)支持的是300mA的電流，但仍可以輕易適應(yīng)最高360mA的輸出電流。Q1和Q2可以放大檢測(cè)到的壓降，以便使用電阻值較低的電流檢測(cè)電阻器來(lái)最大程度地降低功率耗散。EMI濾波器采用p型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并含有一個(gè)可熔阻燃電阻RF1，以用于過(guò)載保護(hù)。

設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器和EMI濾波器時(shí)只需要25個(gè)器件，完全不需要PCB板和連接器件。該應(yīng)用的電氣設(shè)計(jì)最大的挑戰(zhàn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別是將轉(zhuǎn)換器和EMI濾波器都集成到標(biāo)準(zhǔn)燈殼的設(shè)計(jì)。然而，該設(shè)計(jì)正好能裝入Edison螺口燈座(E27)和鹵素?zé)艨跓糇?GU 10)。鹵素?zé)艨跓糇某叽鐓⒁?jiàn)圖2。

如果圓形PCB大得能夠容納所有轉(zhuǎn)換器和EMI濾波器元件的話，它就無(wú)法裝入燈座中。因此我們決定將設(shè)計(jì)劃分為兩個(gè)圓形PCB，一個(gè)用于轉(zhuǎn)換器電路，另一個(gè)用于EMI濾波器。轉(zhuǎn)換器電路板的最終直徑為19.66 mm，而EMI濾波器的最終直徑則為16.91 mm。這些電路板然后進(jìn)行疊加，并與離散布線互連完成裝配。雖然該設(shè)計(jì)的功能滿足要求，但仍存在傳導(dǎo)輻射問(wèn)題。由于兩個(gè)PCB比較接近，開(kāi)關(guān)電流會(huì)從轉(zhuǎn)換器電路板耦合到EMI濾波器電路板，從而降低EMI濾波器的性能。通過(guò)在這兩個(gè)電路板之間放置“屏蔽”P(pán)CB，這一問(wèn)題便得以解決。而第三個(gè)電路板只是一層銅，并無(wú)電路。它被電氣連接到EMI濾波器負(fù)輸出端與轉(zhuǎn)換器負(fù)輸入端的接合處。這樣，總裝便由三個(gè)疊加在一起的圓形電路板組成。增加第三個(gè)電路板既簡(jiǎn)單又節(jié)省成本，不但解決了耦合問(wèn)題，還達(dá)到了EMI性能要求。

性能