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带有软启动功能的LED市电驱动电路方案详解
发布时间:2010/11/9 16:11:00 来源:
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设计思路

设计思路如下:

1. 围绕本次活动的主题,严格遵守活动的游戏规则。

2. 基于国内220v市电而设计,努力做到高效率、高可靠性、低成本、简单实用。

3. 兼容性,尽量与现有传统灯具兼容,便于在替换时可以利用原有的灯架(或灯座), 这也是节能灯一大举措。

4. 温度,LED灯的使用寿命一方面是灯本身的质量,另一方面,使用温度也是一个很关键的问题,过高的使用温度,不但会加速LED灯的光衰,使其寿命缩短,而且,灯具散发 的温度也会间接地消耗周边的能源,对节能也是不利的。合理地安排LED灯的结构和控 制LED灯的使用电流,能有效地控制其使用温度。

5. 供电范围,按照一般规律,电压范围设计在 AC185-253V 就已经足够,但考虑到国内有些地区电网不大稳定,电压波动范围较大,故将电压范围扩大到AC 165-265V.
6. 软启动,虽然目前很多开关电源IC都具备有软启动功能,但都是基于针对输入电源瞬间冲击而设计(缓冲时间一般在20ms),而这里提出的软启动,是针对负载(LED灯)的缓冲启动,缓冲时间暂定为500MS,缓冲时间多长合适,需要靠往后的实际的应用来检验(这里只是提出一个概念),虽然目前还没有证据证明这种过冲现象是否存在,但设计这个功能,对LED灯的使用并无坏处,更重要的是,此举,使到LED灯光对人的眼睛提供了一个缓冲 过程。

7. 恒压、恒流,驱动器在遭遇空载时应该处于恒压状态,而有负载时应该是工作在恒流状态。

8. 内置、外置选择,原则上讲,外置型驱动比内置型有着更多的优点,但目前的市场趋势多偏向于内置,为适应市场,选择内置

9. 隔离与非隔离,隔离型的驱动器具有较高的安全性,在某些安全要求比较敏感的地方(如灯具外壳带有金属部件,而这些部件与内部线路的距离又比较靠近,且使用中人体比较容易接触到这些部件),则用隔离方案比较合适。 但隔离电路由于其隔离变压器的存在,无法把体积做的很小,在日光灯的应用中,无法 做成内置型的,另外,其转换效率没有非隔离的高,造价也相对较高。非隔离电路由于其 造价低,转换效率高,体积小,目前还是大家普遍采用的方案之一。由于日光灯一般在使 用中与人体接触的机会比较少,为了提高转换效率和降低成本,采用非隔离方案还是可行的。

10.LED灯的选用及结构组合,采用小功率直插草帽白灯,单灯功率为0.06W,特征电流为20ma,VF=3.2-3.4V,单灯亮度为6LM,灯板组合:24串,6并,串联后灯组的电压为76.8-81.6v,共用144个LED灯,最大功率为8.64W。

作品性能指标:

1. 输入电压范围:AC 165-265V

2. 输出电压:76.8V-81.6V

3. 输出电流:100ma 4. 灯串数:24串

5. 并联数:6路

6. 电流分配:16.6ma(每路)

7. 稳流精度:1ma

8. 转换效率:90%

9.系统温升:小于25摄氏度

作品特点:

1. 具有较高的转换效率,设计效率为90%,实测达到94%

2. 使用通用的无源PFC填谷电路,具有较高的功率因数

3. 内置式设计,PCB板设计为单面贴片式安装,在装入LED灯管时无需在驱动板和LED灯板之间加垫绝缘层,安装方便

4. 灯板设计为三路交叉并联方式(两组共6路并联),如果万一有个别灯珠焊接不良或开路损坏, 其他灯珠也会正常工作,如果个别灯珠短路,则最多只有三个灯珠不亮。

5. 软启动功能使灯管在启动的时候有0.5秒的延迟时间,减轻瞬间强光对眼睛的刺激启动时的电流曲线如图(1),曲线图中的数据表明,在接通电源的瞬间,驱动器上输出电流只有48毫安,经过0.5秒的延迟时间,再上升到正常值(100ma),从上电到满负载工作的时间有0.5秒左右的缓冲时间。当然,起步电流和缓冲时间都是可控的,这里设定的只是一个实施例子,并不代表这就是最佳值,你也可以把延迟时间适当地延长或减少,你也可以设置任何起始电流值。

图(1)中的电流曲线并不是最理想的工作状态,最理想的工作状态应该像图(2)所示,启动时,电流随着时间呈斜线上升到正常值,LED的亮度是从暗到亮慢慢上升,这样,会得到最佳的缓冲效果。

电路原理图

关于软启动方案的说明:

将电路中的C 5由1UF更换为470UF,即可得到图(1)的启动电流曲线,但这并非最理想的启动曲线,理想的启动曲线应该为图(2)所示,通过外加控制电路,对光电耦合器的反馈量实行控制,使其在启动时反馈量为最大(此时IC的开关占空比则最小),然后慢慢线性下降至设定值,则可实现图(2)的启动特性。

本次实施的是第一方案,以最简单的方式实现了启动时的电流缓冲,那么, 为什么不实施第二方案呢?理由如下

1. 实施第一方案,电路简洁,造价低廉,只需更改一个电解电容的容量,即可轻松实现对负载的启动电流缓冲。如图(1)

2. 增设控制电路,调控光电耦合器的反馈量,使其在启动时的反馈量最大,继而慢慢地线性滑落到设定值,能达到图(2)的理想电流曲线,但这样会增加电路的复杂性,提高系统造价。

3. 最好的解决方案,是在保持电路简洁和不增加系统成本的前提下,让IC 在启动的时候,其开关占空比从最小值呈线性慢慢上升到设定值,以达到理想的启动缓冲曲线,这点,就需要驱动芯片的生产厂家能够有这方面的共识,增加这项功能,对一个IC的生产厂家来说,是轻而易举的事情,而且,不需增加IC的生产成本,也不需对IC的外围电路做任何的修改,也不会增加应用难度和应用成本。

4. 旨在通过本次活动,让业界对此有所共识,希望广大使用者了解到缓冲启动的好处,也建议驱动IC的生产厂家对新生产的驱动芯片增加此项功能,或许有人认为它没有什么好处,但起码也没有什么坏处!况且,增加该功能并不增加芯片的生产成本。

5. 基于上面所述,我采用了第一方案,因为如果一旦此举得到业界认可,驱动IC的生产厂家就会很快推出相关产品,那么,通过外加电路去实现这一功能就没有意义了。

理想的启动电流曲线图:

最终样品的测试报告

我司长期致力于LED照明驱动IC的推广销售,详细的产品资料请查阅:http://www.szczkjgs.com/product_1006.htm

 
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