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基于L6562的單級PFC反激LED電源的研究

作者: 時間:2012-05-16 來源:網(wǎng)絡 收藏

LED照明是一種新型照明方式,與傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈等照明方式相比,LED光源具有發(fā)光效率高、耗能少、使用壽命長、安全環(huán)保、體積小等優(yōu)勢,成為目前世界上最有可能替代傳統(tǒng)光源的新一代光源。LED芯片是一種低壓電流型器件,電流是影響其發(fā)光性能的主要因素,現(xiàn)有LED光源普遍采用多顆LED,通過串聯(lián)或并聯(lián)組成LED模組來進行照明,為了達到最佳的工作性能,必須要設計合適的電源,使其在恒定電流的條件下工作。為了保證LED的優(yōu)勢,針對不同的LED照明產(chǎn)品和應用要求,必須選擇合適的驅(qū)動電路拓撲結(jié)構,使電源達到、高可靠性、高功率因數(shù)、低成本的要求。 對于30 W~75 W的中小功率LED模組照明,通常選用結(jié)構簡單、成本低、調(diào)試簡單的反激拓撲結(jié)構。為了達到環(huán)保節(jié)能的要求,電源通常要求PF值大于0.9,因此普通反激電源前端通常還要加入功率因數(shù)校正環(huán)節(jié),不僅增加了成本,而且體積也難以小型化,效率也不高。而反激電路,將功率因數(shù)校正與反激電路合二為一,不僅可以得到較高的功率因數(shù),同時具有結(jié)構簡單、效率高等優(yōu)點,非常適用于中小功率LED模組照明。

1 工作原理分析與設計

1.1 L6562芯片簡介

L6562是意法半導體公司(ST)推出的一款功率因數(shù)校正(PFC)控制器[1]。它工作于臨界模式(即電感電流處于連續(xù)或斷續(xù)的邊界上),與傳統(tǒng)PWM變換器工作的連續(xù)電流模式或不連續(xù)電流模式不同的是,臨界模式工作在變頻模式下,在輸入電壓和電流變化的情況下通過快速調(diào)節(jié)工作頻率使輸出穩(wěn)定。L6562在其乘法器中嵌入了電流總諧波失真(THD)優(yōu)化電路,可以有效控制AC輸入電流的交越失真和誤差放大器的輸出紋波失真,從而提高功率因數(shù),降低輸入電流總諧波失真。該芯片主要應用于前級PFC校正電路,本文中將其用于反激電路。

1.2 基于L6562反激電路設計與工作原理分析

L6562單級PFC反激電路結(jié)構圖如圖1所示。交流電壓經(jīng)過前級保護單元和EMI濾波單元后,由整流橋整
基于L6562的單級PFC反激LED電源的研究


基于L6562的單級PFC反激LED電源的研究
基于L6562的單級PFC反激LED電源的研究
其中,Irms為開關MOS管導通時流過電流的有效值??赏ㄟ^使用導通電阻Rds(on)更小的MOS管來減少損耗。開關損耗是指,在開關過程中,開關管電壓Vds和電流Ids發(fā)生變化,從“開”到“關”或從“關”到“開”有一個過渡過程,這期間電壓Vds和電流Ids存在一個交疊過程,產(chǎn)生較大的損耗即為開關損耗。開關損耗占MOS管損耗的很大一部分。
在本電路中,如圖2所示,在開關MOS管導通之前,由于次級電流已降為0,初級繞組上的電壓由于漏感及MOS管上的寄生電容存在而產(chǎn)生振蕩,電壓開始時刻已經(jīng)開始下降,在開關管導通時,電壓值已經(jīng)很小,近似于零電壓,因而大大減少了導通損耗,從而提高了效率。
2.2.3 次級整流二級管損耗
次級整流二極管上的損耗可表示為PD=VD Iave,其中VD為次級整流二極管導通時的前向壓降,Iave為流過次級整流二極管的平均電流。當輸出電流較大時,會產(chǎn)生比較大的損耗??刹捎们跋螂妷焊〉男ぬ鼗O管或者同步整流的方式來減少損耗。由于同步整流成本較高,且電路復雜,在輸出電流較小時效率提升不大,因此本電路采用肖特基二極管作為次級整流二極管。
3 實驗結(jié)果分析
根據(jù)以上分析,制得實驗樣機一臺,樣機基本設計條件如下:輸入電壓范圍160 V~250 V,輸出電流2.1 A,輸出電壓范圍25 V~40 V,最小工作頻率100 kHz,測試負載為60顆大功率LED組成的6并10串LED陣列(單顆LED工作時前向電壓約為3.2 V)。
圖4(a)所示為實驗中測得的開關MOS管漏極和源極兩端電壓波形,放大倍數(shù)為500。圖4(b)為開關管下端檢測電阻Rs兩端電壓波形,間接反映出流過開關MOS管的電流波形。從圖中可以看出,開關MOS管上的電壓與電流峰值包絡均近似為正弦半波變化,可推測出本電路具有較高的PF值。

基于L6562的單級PFC反激LED電源的研究

圖5為220 V輸入電壓下輸入電壓和輸入電流波形。從中可以看出,輸入電壓和輸入電流波形均近似為正弦波形,且相位基本一致,故PF值較高,實際測得PF值為0.97。
基于L6562的單級PFC反激LED電源的研究
圖7即為在不同輸入條件下,電源效率的變化情況。從圖中可以看出,輸入電壓在160 V~250 V電壓范圍內(nèi)變化時,電源效率基本穩(wěn)定在90%左右,在寬范圍輸入電壓的條件下顯示出良好的性能。出于對成本及電路復雜度方面的考慮,本電源后級整流沒有采用同步整流的方式。若在輸出大電流的條件下,采用效率更高的同步整流方式,更換性能更佳的開關MOS管,則電源效率還將進一步提升。

基于L6562的單級PFC反激LED電源的研究

本文介紹了基于L6562的單級PFC反激電路的LED驅(qū)動電源原理,并對其功率因數(shù)與效率進行了理論分析。該驅(qū)動電源將傳統(tǒng)兩級電源中的前級PFC校正電路與后級DC-DC電路合二為一,電路結(jié)構簡單,通過同時采樣輸入電壓和輸出電壓的信號,使開關導通時間隨輸入電壓波形變化而改變,從而使電源輸入的電流跟隨輸入電壓波形變化,以獲得高的PF值。此電路工作于臨界導通模式,在開關MOS管在導通之前,開關MOS管兩端電壓已開始下降,減少了開關MOS管的開關損耗,從而有效提高電源效率。通過制作樣機并對實驗結(jié)果分析,驗證了此種LED驅(qū)動電源在較寬的電壓范圍內(nèi),具有較高的功率因數(shù)和效率。

參考文獻

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