LED驱动电路及多路均流技术探讨

By | 2020年7月24日

  0 引言


  与传统的白炽灯以及日光灯相比,LED具备环保、节能、寿命长、抗触动打击等特点,因而正在寰球动力充足的布景下,LED已成为照明行业的一个钻研热点。因为LED驱动电源的质量会间接影响LED照明产物的牢靠性,而LED驱动电源又是今朝整个LED照明零碎中毛病率最高的环节,因而随同LED使用畛域的一直扩展,开发平安、牢靠、高效、体积小、寿命长的LED驱动电源成为必定的趋向。


  1 LED驱动电路


  LED的光强度与其正向电流的巨细成反比。LED两端一个较小的电压变动会造成流过LED的电流的较年夜的变动,从而惹起光强度的明显变动。以是关于LED通常应用恒流管制以放弃发光强度的恒定。


  1.1 LED恒流驱动电路拓扑


  关于没有同功率等级的LED电路,应抉择没有同的驱动电路拓扑以达到功能以及老本之间的均衡。


  小功率LED照明零碎普通没有要求进行功率因数校对,因而可采取简略的拓扑,如高级端调理(PrimarySideRegulation,PSR)或Buck拓扑等。此中PSR技巧可将LED驱动器的老本降至最低。如图1所示,该电路只要采集变压器高级的电流信息便可准确管制次级真个LED电流,不只消弭了输入电流检测损耗,同时省去一切次级反馈电路,升高了老本,进步了效率。



  图1 采纳PSR管制技巧的反激变换器


  关于中功率的LED照明使用,普通要求进行功率因数校对,因而普通采纳单级PFC或许应用准谐振(Quasi-Resonance,QR)技巧的反激变换器等。单级式LED驱动电路具备构造简略、元件少、老本较低等优点,然而输入纹波较年夜,正在对功能要求没有高的中功率LED照明零碎中使用时具备劣势。准谐振技巧的根本原理就是行使MOSFET两真个电容(寄生电容或外接电容)与变压器原边漏感孕育发生的谐振来驱动负载,经过及时检测开关器件两真个谷底电压来管制开关管的近似零电压守旧,从而减小MOSFET的开关损耗,进步变换器的效率,同时升高EMI噪声,如图2所示。



  图2 采纳QR技巧的反激变换


  1.1.3年夜功率LED照明零碎普通采纳两级式的PFC或LLC拓扑。两级式PFC因为有独自的一级PFC,功能更优良,然而老本比拟高;而采纳LLC谐振变换的LED驱动电路(如图3所示)具备诸多的优点,如开关工作频次高,开关损耗小,容许的输出电压范畴宽,效率高,分量轻,体积小,EMI噪声小,开关应力小等。



  图3 基于LLC变换器的LED驱动电路


  1.2 去电解电容LED驱动电路计划


  LED照明多采纳市电供电,但LED需求直流驱动,因而电路中需求一个整流模块。一般是了失去餍足规则的PF值,还需求退出PFC电路。由于输出功率是脉动的,输入功率是恒定的,必需要有一个年夜容值的电解电容来均衡输出输入两真个刹时功率差。电解电容的存正在使患上LED驱动电路的寿命升高。假如简略地把电解电容去掉,会使输入电流有很年夜的脉动,电路的PF也会较低;假如应用电磁储能来代替电容储能会使患上电路体积宏大,因而钻研其余去电解电容LED驱动电路计划非常须要。


  基于较小脉动电流能够用来驱动LED的思考,正在去掉电解电容的同时正在输入侧添加LC滤波电路,同时正在输出电流中注入三、5次谐波电流,既可以使功率因数达到要求,又能减小LED电流的峰值均匀之比。但这类办法因为输入电流含有2倍于电网频次的交流电流,会带来LED闪动,长期正在闪动光源下工作会减轻眼睛累赘乃至造成眼睛伤害。


  另外一种计划如图4所示,该电路的设计思绪是管制流过双向Buck-Boost辅佐回路的电流ib等于i0中2倍于电网频次的交流成份,从而直接地管制流过LED的电流放弃恒定,防止LED闪动。然而这类计划因为需增加多个额定器件故效率较低。



  图4 行使辅佐电路的无电解电容LED驱动电路


  文献[6]中是采纳峰值与均匀值之比小于1.4的正弦电流或方波电流来驱动LED,经过正弦电流发作电路或许方波电流发作电路孕育发生基准旌旗灯号,从而取得所需电流旌旗灯号用以间接驱动LED[6],而且输出侧能够取得很高的功率因数,然而管制办法复杂。无电解电容的LED驱动计划今朝依然有许多的有余,例如零碎管制较复杂,无奈获得很高的功率因数,零碎启动慢,另有对雷击敏感等,今朝仅用于中小功率LED照明零碎中。关于其更宽泛的使用有待进一步的钻研。


  2 LED均流技巧


  为保障多颗LED的亮度分歧,一般为将它们串连起来。串连的LED数量受LED驱动电压的限度,故正在需求较多LED的使用中普通采纳串并联衔接形式。然而因为没有同LED串的V-I特点没有同,简略地将它们并联起来会孕育发生多路没有均流的成绩。针对多路LED的均流,今朝曾经有许多种均流办法,大抵可分为有源均流以及无源均流两种。


  2.1 有源均流


  有源均流是应用开关管等有源器件外加肯定的管制电路组成电流调理器来完成电流的管制。电流调理器有线性以及开关两种工作模式。线性模式的电流调理器因为要接受输出电压以及LED导通压降之间的压差,而输出电压倒是依照LED最年夜导通压降来设置的,因而调理器效率较低,即使采纳自顺应管制办法也不克不及明显地进步效率,该计划仅正在低功率照明零碎中较实用;而开关模式的电流调理器应用DC-DC变换器来调理每一一路的电流,效率较高,然而每一一路都需求一个DC-DC变换器,故对多路输入而言,其老本较高,零碎宏大。


  2.2 无源均流


  无源均流是支使用无源器件来完成均流管制。图5所示是一种行使均流变压器来完成多路均流的计划,它行使耦合电感之间的联络使某一路电流的变动能够耦合到另外一路从而完成均流。然而当多路输入时需求不少的均流变压器,并且变压器电感值的误差以及输入电压误差城市影响均流的精度。



  图5 变压器均流


  出于平安的思考,LED驱动器通常需求输出输入的电气隔离,因而许多时分需求思考用隔离型的LED驱动电路,例如半桥、全桥等电路。图6所示为一种行使均衡电容均流的办法,它依据变压器副边正负瓜代输入的特性,行使回路中的电容正在稳态时的安秒均衡特点来完成2路均流。



  图6 基于LLC变换器的电容均流电路


  为了完成2N路的同时均流,能够采纳将多个变压器原边串连的计划,然而它需求变压器励磁电感的参数齐全分歧,不然会影响均流成果。为此正在多路输入时能够采纳将耦合电感均流与电容均流连系起来的计划,从而完成2N路LED均流,如图7所示。



  图7 基于LLC变换器的电容加耦合电感均流电路


  正在上述的当今次要的均流计划中,无源计划尽管电路简略,但由于不应用反馈管制,均流准确度无奈保证,均流成果易受器件参数变动影响;而有源计划采纳了反馈管制,能够精准管制每一路电流,然而所需元件较多,管制电路较复杂,老本较高,且引入的有源器件会使零碎效率较低。


  3 结语


  要使新一代绿色节能光源LED宽泛地使用于一般照明畛域,设计高效、稳固的LED驱动电路非常要害。针对没有同的使用环境,应采取正当的驱动形式,保障LED牢靠工作,同时还要致力克服电解电容带来的寿命限度,使LED照明真正走入正规。


 


编纂:Cedar