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如何打造高PF、低THD的LED电源驱动方案?这个做法让你耳目一新!

2016-10-31 17:17文章出处:英飞凌

众所周知,LED因其高效、节能、环保、寿命长、体积小、耐闪烁、可靠性高、调控方便等诸多优点在近些年得到了广泛的使用。

 

了解LED的筒子们都知道,LED自身的伏安特性及温度特性,使得LED对电流的敏感度要高于对电压的敏感度,故不能由传统的电源直接给LED供电。因此,要用LED作照明光源就要解决首要的电源驱动问题

 

针对消费类的面板灯、筒灯、投射灯等LED照明方案,机智的英飞凌工程师基于PFC + 数字DC~DC恒流的想法,设计了一个高效率、高弹性、高安全性的解决方案。

 

1.1PFC 功率因数校正

 

PFC,是指功率因数校正。功率因数可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因数值越大,代表其电力利用率越高,好的驱动电源PF值可以做到0.95以上。比如,在一些电源的应用领域,特别是欧洲,对电源有功率因数的要求,以降低对电网的干扰。

 

对比到LED,要做到高效、节能、环保,在驱动电路使用PFC就必不可少!针对PFC的功能,工程师挑选了功率因数校正转换器TDA4863-2,最直接的作用是交流电源输入、变换为直流电源输出。

 

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PFC这边的MOSFET,则挑选了IPD80R2K8CE,其作为800V CoolMOS™ CE系列的产品,是具有800伏击穿电压的英飞凌高性能器件。该器件根据超级结(SJ)原理设计而成,在不牺牲易用性的同时,提供了快速开关型SJ MOSFET的全部优点。

 

 IPD80R2K8CE的优点:

 1)高效率和高功率密度

 2)卓越的性价比

 3)高可靠性

 4)易于使用

 

2.数字DC~DC 直流降压

 

数字DC~DC,简而言之,就是数字化的直流电源降压器,并设计为一个恒流源,提供输出电流控制。在综合了各方面的考虑后,工程师挑选了ILD2111做直流降压控制器,MOSFET采用了IRFR120N

 

英飞凌的ILD2111是一款高性能可配置的数字化降压(Buck)控制器,设计成恒流源与智能输出电流调节,可针对10至150 W的LED驱动提供输出电流控制。因此,这款控制IC可满足不同消费类LED照明的需求。

 

ILD2111只需少量外部元件。输出电流可由电阻轻松且准确地设置,并且兼容LEDset接口。这款控制IC能实现低至1%的无闪烁PWM调光。它还可以自动选择工作窗口,从而根据开关频率和输出电流纹波以最佳方式对不同负载进行稳压。控制器的输出电压为15到55 VDC。此外,大量的用户可配置保护功能,包括欠压和过压、短路、过流或过温等等保护。

 

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IRFR120N,则是较为普遍的N沟道功率MOSFET,十分简单易懂,这里就不详述了。如果有需要找数据手册的筒子们可以后台留言小编的哦。

 

至此,上述提及的四样核心器件就准备完毕了!接下来请看工程师们如何操刀电路图设计。

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3.强大的设计 nice design

 

抱着点亮万家灯火的理想,工程师们经过了无数日夜的思索、设计与修正,一次次的调试、测量与检验;终于,我们的方案出炉了。

 

此方案由两级组成,前级是TDA4863-2作为控制器的单级PFC反激实现的恒压电路,具有稳定可靠的特点,高PF,低THD。后级是英飞凌创新的数字控制DC/DC控制器ILD2111的恒流电路。

 

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该电路可用电脑通过UART接口配置重要参数,支持电阻设置多达16档输出电流,支持外部PWM信号进行调光,并能运行在连续导通模式,自动选择最佳开关频率匹配输出电流纹波,达到最高效率。同时具备过载、开路、短路以及智能过温保护功能,使得安全性也得到了保障。

 

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从上图,我们可以看到整机效率达到82%总谐波失真<15%,表明这是具有实用价值的方案。这无疑也是一种高扩展性的方案,有利于驱动电源的平台更集中。如果你有想法,不妨尝试从该方案入手,再进行适当的修改。

 

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