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怎么进步LED驱动电源功率因数?

美国能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR)固态照明(SSL)规范中规定任何功率等级皆须强制提供功率因数校正(PFC)。这标准适用于一系列特定产品,如嵌灯、橱柜灯及台灯,其中,住宅应用的L

  美国动力部(DOE)“动力之星”(ENERGYSTAR)固态照明(SSL)规范中规则任何功率等级皆须强制供给功率因数校对(PFC)。这规范适用于一系列特定产品,如嵌灯、橱柜灯及台灯,其间,住所运用的LED驱动器功率因数须大于0.7,而商业运用中则须大于0.9;可是,这规范归于自愿性规范。欧盟的IEC61000-3-2谐波含量规范中则规则了功率大于25 W的照明运用的总谐波失真功用,其最大约束相当于总谐波失真(THD)< 35%,而功率因数(PF)>0.94。尽管不是一切国家都肯定强制要求照明运用中改进功率因数,但某些运用可能有这方面的要求,如公用事业组织大力推进具有高功率因数的产品在公用设施中的商业运用,此外,公用事业组织购入/维护街灯时,也能够依据他们的志愿来决议是否要求具有高功率因数(一般>0.95+)。

  图1:有源PFC运用电路示意图

  PFC技能包含无源PFC及有源PFC两种。无源PFC计划的体积较大,需求添加额定的元件来更好地改动电流波形,能够到达约0.8或更高的功率因数。其间,在小于5 W至40 W的较低功率运用中,几乎是规范挑选的反激式拓扑结构只需求选用无源元件及稍作电路改动,即可完成高于0.7的功率因数。有源PFC(见图1)一般是作为 一个专门的电源转化段添加到电路中来改动输入电流波形。有源PFC一般供给升压,沟通100至277 Vac的宽输入规模下,PFC输出电压规模达直流450至480 Vdc。假如恰当地规划PFC段,能够供给91%到95%的高能效。但添加了有源PFC,依然需求专门的DC-DC转化来供给电流稳流。

  无源PFC技能

  无源PFC技能的原理是运用电感、电容、二极管等无源器材组成滤波网络,来延伸整流二极管的导通时刻,使输入电流趋于正弦化,然后削减输入电流谐波含量,并且进步电路的功率因数。图2给出了一个典型的LC无源PFC电路结构图。

  在图2中Lc和Cc能够完成滤除共模搅扰的功用,Ld和Cd 能够完成滤除差模搅扰的功用。LC无源滤波电路包含电感Lp和电容Cp,后接桥式整流电路。对Lp和Cp的取值进行合理的规划,不只能够阻挠电路发生的很多高次谐波污染电网,并且还能够削弱电网谐波对电子电路正常作业的影响。

  因为这种LC无源PFC电路作业在沟通线路频率(50Hz或60Hz),有必要运用大而粗笨的磁芯电感器,很不习惯电子产品小型化和高功率密度的开展趋势,现在已很少在电器产品中运用。

  图2:典型无源PFC电路

  另一种常见的无源PFC电路是“填谷电路”,它包含3个二极管(VDI-VD3)和2个电解电容(C1,C2),两个电容电容值应该持平。填谷电路置于整流电路的输出端,该电路经过填平谷点,使输入电流由尖峰脉冲波填充为挨近于正弦波的波形。图3给出了填谷电路的电路图,其间Ut标明整流后输入电压,Upk为输入电压峰值,Ua为A节点电压。

  图3:填谷电路

  有源PFC技能

  经过不断的研讨和探究,自上世纪末至今,有源PFC技能得到了空前的开展。其首要思维是:依照某种办法或许规则操控开关管的通断,将输入电流波形矫正为与输入电压波形频率相同、相位相同且十分挨近正弦波的波形,以进步功率因数和按捺谐波。另一方面,要对输出电压进行监控和调理。

  有源PFC技能对功率因数的进步作用显着,能够完成挨近于1的高功率因数。有源PFC技能一呈现,便引起了广阔工程人员和学者的重视,经过多年的研讨开展,现已呈现了许多老练的有源PFC电路,依照不同的分类办法能够将有源PFC电路分为多种。

  按拓扑结构分类,可将有源PFC电路分为两级PFC和单级PFC电路两大类。

  按电流形式分类,可将有源PFC电路分为接连导电形式(CCM)、断续导电形式(DCM)和临界导电断续形式(BCM或TM)三类。

  按开关注册机理分类,可将有源PFC电路分为硬开关PFC和软开关PFC,软快关PFC又能够细分为串联谐振型、并联谐振型、串并联谐振型和准谐振型等软开关PFC技能。

  大功率LED的光控电路

  由图1可知,220 V沟通电经%&&&&&%限流、桥式整流、滤波、稳压,在A,B两头取得安稳的12V直流电(见图1)。在白日因为光敏电阻RG遭到自然光的照耀呈现低电阻,三极管VT的基极电位低,而被反偏置,因而VT截止,单向可控硅VS门极为低电平被关断,LED驱动电路未发动,所以LED不亮。到天亮时光敏电阻RG因无光照呈现高电阻,VT导通,VS的门极即有正向触发电压而导通,LED驱动电路发动,LED通电发光。

  图4:LED光控电路

  大功率LED的驱动电源

  驱动大功率LED的首要方针是发生正向电流经过器材,比较抱负的白光LED可选用MBI1802芯片来完成恒流驱动,它能按捺大功率LED正向电压改动而形成的电流动摇,可完成可控的正向电流,保证供给可控的显现亮度。

  由图5可知,经过稳压二极管(D6)可为MB1802芯片供给安稳的驱动电压,此刻经过大功率LED的电流首要由参阅电压值和MBI1802芯片作业电压来决议(见图5)。绝大多数显现器都需求多个LED,若规划人员灵敏地驱动多个LED,应将一切LED串联,保证每颗LED的电流都相同。

  图5:恒流驱动电路

  一起,在每个LED两头并联一个齐纳管,能为LED供给开路维护。若要以并联方法驱动白光LED,每个白光LED都有必要串联一个镇流电阻,为防止经过其电流呈现差异,这些电阻也会耗费功率,下降电路功率,所以选用串联方法可驱动多个LED。

  LED电源的温度补偿及调光电路

  因为LED的驱动电流规划为不随温度改变的恒流源,当LED周围温度低于安全温度点时,输出最高容许电流并坚持不变;当LED周围温度高于安全温度点时,作业电流就不在安全区内, 这将导致LED的功用远低于标称数值。假如LED周围温度过高则是由LED本身发热导致,所以为了保证LED的功用、寿数不受影响,有必要经过电路的温度补偿功用来处理这一问题。

  图6:温度补偿及调光电路图

  由图6可知。选用AVR 单片机及MBI1802芯片的作业电压为5V,经过MBI1802的一个外部电阻器Rext,能够调理输出电流的规模为40~360mA,在特定的光照下,只要不超越LED的额定电流,可随意输出电流,这样用户能够灵敏的操控LED的光强度。一起,MBI1802芯片的第七脚衔接AVR单片机,依据温度传感器18B20所测到温度和检测到的光敏电阻RG的阻值,AVR 单片机经过输出PWM波到MBI1802来操控其输出电流,完成LED的温度补偿,一起能够准确调理LED亮度,然后完成LED的调光功用。

  恒流作用试验

  假如LED的驱动未选用恒流源驱动方法,那么PN结半导体器材在正导游通后,结电压VF随环境温度上升而下降,即-2 mV/℃,称PN结的负温度效应,该特性直接影响它的发光功率、发光亮度、发光色度。例如当常温30℃时,挑选LED最佳作业电流为135mA,当环境温度升到90℃,结电压VF下降,作业电流急剧添加到265~282mA;当温度下降至-40℃时,结电压VF上升,最佳作业电流将从135mA 减小到27 mA,发光亮度也随电流的削减而下降,达不所需的照度,如图7中电流曲线I。

  经过试验,使用Excel软件的图表功用进行取点制作,得到恒流作用图(见图7)。

  图7:恒流作用图

  从图7中能够看出,未选用恒流方法驱动LED,其作业电流随温度的上升而上升,但选用恒流方法驱动LED,其作业电流不随温度的上升而上升,然后证明恒流方法驱动LED确实是可行的。

  经过MBI1802芯片来驱动大功率LED,为其供给稳定的电流,一起到达抱负的发光强度。选用AVR单片机进行温度补偿和调光操控,可进步LED电源寿数,完成LED照度的调理。经过取点试验标明,该计划的规划原理合理、计划可行,补偿作用显着。

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