基于高度集成的IC使LED燈符合EMC和電能質(zhì)量標準

比較照明技術(shù)時，最有意義的指標便是發(fā)光效率，以流明/瓦(Lm/W)表示。白熾燈和鹵素燈在這方面顯得尤為不足，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年可望達到150Lm/W之多。除了能效更高外，LED燈還具有工作壽命更長以及工作和維護成本更低等優(yōu)勢。因此，HB LED燈有望在未來幾年中成為重要的家用和商用產(chǎn)品。由于將LED功率驅(qū)動電路裝入標準燈殼具有難度，因此早期的一些LED燈泡并沒有內(nèi)部濾波器，也就談不上符合EMC標準了。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，因而導致某些設備的電能質(zhì)量問題。

設計目標

本設計用于為一串額定電流為300mA的3個HB LED(相當于10W的標準白熾燈)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，但該電路必須達到12Vdc，以便為二極管的性能變化留出余地。其拓撲結(jié)構(gòu)為開關(guān)式恒流離線式降壓穩(wěn)壓器，能夠在整個85

Vac~ 265Vac通用輸入范圍內(nèi)和47Hz ~ 64Hz的線電壓頻率下進行工作。其它設計目標包括高效能、低成本及符合EN55022A EMI要求。該設計可以集成到標準燈殼中(Edison螺口燈泡和卡口鹵素燈均可)，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，市場上有很多LED燈的設計并不符合傳導EMI規(guī)范。但本文中的設計利用了集成到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。

設計細節(jié)

Power Integrations的LinkSwitch-TN LNK306DN集成功率轉(zhuǎn)換IC中含有一個完全集成的700V功率MOSFET，因而無需外部電源器件。離線式非隔離降壓拓撲結(jié)構(gòu)可以在連續(xù)導通模式下，以66KHz的最大頻率進行工作。該頻率采用4kHz的峰峰值頻率抖動進行調(diào)制，可以簡化對EMI濾波器的設計要求。雖然本設計采用了降壓拓撲結(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)鍵的一點是，LinkSwitch-TN LNK306DN采用了小型SO-8封裝，這對于此應用結(jié)構(gòu)設計是很大優(yōu)勢。

轉(zhuǎn)換器和EMI濾波器的設計原理參見圖1。根據(jù)電流檢測電阻器R8和R10之間的壓降，電流控制環(huán)路被設置為所需的恒定電流值。雖然標準設計支持的是300mA的電流，但仍可以輕易適應最高360mA的輸出電流。Q1和Q2可以放大檢測到的壓降，以便使用電阻值較低的電流檢測電阻器來最大程度地降低功率耗散。EMI濾波器采用p型拓撲結(jié)構(gòu)，并含有一個可熔阻燃電阻RF1，以用于過載保護。

設計轉(zhuǎn)換器和EMI濾波器時只需要25個器件，完全不需要PCB板和連接器件。該應用的電氣設計最大的挑戰(zhàn)是結(jié)構(gòu)設計，特別是將轉(zhuǎn)換器和EMI濾波器都集成到標準燈殼的設計。然而，該設計正好能裝入Edison螺口燈座(E27)和鹵素燈卡口燈座(GU 10)。鹵素燈卡口燈座的尺寸參見圖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，它就無法裝入燈座中。因此我們決定將設計劃分為兩個圓形PCB，一個用于轉(zhuǎn)換器電路，另一個用于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。這些電路板然后進行疊加，并與離散布線互連完成裝配。雖然該設計的功能滿足要求，但仍存在傳導輻射問題。由于兩個PCB比較接近，開關(guān)電流會從轉(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。通過在這兩個電路板之間放置“屏蔽”PCB，這一問題便得以解決。而第三個電路板只是一層銅，并無電路。它被電氣連接到EMI濾波器負輸出端與轉(zhuǎn)換器負輸入端的接合處。這樣，總裝便由三個疊加在一起的圓形電路板組成。增加第三個電路板既簡單又節(jié)省成本，不但解決了耦合問題，還達到了EMI性能要求。

性能