无需电解电容的LED照明驱动电源解决方案.docx
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无需电解电容的LED照明驱动电源解决方案
市场上的LED照明驱动电源通常分为二级架构和一级架构,一级架构指的是直接从220V市电转换出LED发光所需的直流电压和恒定电流,结构比较简单,BOM成本也较低,目前较受市场欢迎。
本文将专门介绍无需电解电容的一级架构LED照明驱动电源。
为什么要强调无电解电容呢?
这是因为目前普通LED照明驱动电源的工作寿命取决于AC转DC时平滑电路必须采用的电解电容。
我们知道LED的工作寿命高达4万小时,而电解电容的寿命只有几千小时,由于系统的寿命是由电源组件中使用的电解电容的寿命来决定的,如果不想法拿掉电解电容,那么LED照明驱动电源的寿命与LED的寿命就很不匹配,也就很难发挥出LED照明的长工作寿命优势。
这也是为什么最近业界一直在积极开发无电解电容的LED照明驱动电源的主要原因。
那么为什么一定要用电解电容呢?
这是因为LED是直流电流驱动元件,当AC电源接通时,一般是使用整流元件和平滑回路的直流稳定化电源,该平滑回路中必要的电解电容会因周围的温度及自身的发热而上升10℃,而导致寿命减半,所以电解电容阻碍了LED照明器具的寿命。
据我们了解,目前做出无电解电容LED驱动电源方案的公司主要有深圳创意电子、西安明泰半导体、村田制作所、东莞汇洪电子和深圳冠德科技等。
冠德科技的方案暂时还处于保密状态,在此就不多做介绍。
创意电子基于日本Takion公司TK5401芯片,用IC代替电解电容,寿命是原来LED驱动器的10倍,寿命可达4万小时以上,可完全与LED灯的寿命相匹配,而且此方案设计简单,体积小,只有原来LED驱动器面积的百分之四十,此方案主要应用于家用低功率照明中,适用范围是3W~20W。
TK5401封装内置了高电压功率MOS管及控制电路,因去除电解电容可实现小型化,低成本,并且实现了LED灯的长寿命和高效能。
TK5401主要特性:
内置高电压功率MOS管(650V/1.9Ω);内置启动电路,支持低功率;支持通用的交流输入电压(AC85-265V);过压保护/热截断电路;可调整的过流保护。
PWM控制功率MOS管工作在平均67KHz的振荡频率,为保证输出恒定的LED输出电流而内置了标准的参考电压(0.3V),从而实现了反馈控制。
当VCC电压低于操作电压时它会停止工作。
西安明泰半导体公司虽在今年年初刚成立,但已颇具实力,在近期举办的IIC-CHINA秋季展西安站上,明泰展出了20W和120W无电解电容的LED照明驱动电源,效率分别达到惊人的90%和95%,分别针对室内照明和路灯照明市场。
这两款产品都是采用他们自己开发的LED驱动器、MOSFET和肖特基二极管实现,其中120WLED照明驱动电源还配有完备的短路、开路保护功能,并通过EMC认证测试。
这二款产品的工作寿命均长达8万小时,有效克服了LED光源和驱动电源寿命不匹配的业界难题。
据了解,120WLED照明驱动电源还集成了电力线载波通信功能,它允许远程打开和关闭照明电源。
下一步还将根据市场节电需求开发出可调光的室内照明和路灯照明方案。
东莞汇洪电子是一家专业从事设计、开发和营销固态照明(SSL)系统解决方案和产品的供应商,主要面向住宅及商业室内普通LED照明市场。
汇洪电子提供的方案在平滑回路中无需使用电解电容,使用寿命超过4万小时,效率为85%±5%(4W输出功率时),功率因数为90%,输出功率从4W到20W。
主要功能:
输入欠压保护,输入过压保护,MOSFET过载保护,过热保护等。
日本村田制作所在7月21日举行的“TECHNOFRONTIER2010”上,展示了用于LED照明的数字电源电路。
此次展示的是村田制作所面向ClearSodick开发的电源模块。
其输入输出电容器采用了该公司的多层陶瓷电容(MLCC),可内置于直管型LED照明器具的管内。
与采用铝电解电容器时相比,除了可缩小产品尺寸外,还能延长产品寿命。
为了获得恒定电流,采用了DSP微控制器,开关频率约为200kHz。
输出电容器采用了两个约5μF的MLCC。
输入电压支持AC100V以及200V两种。
据了解,一般情况下,该容量的MLCC无法完全吸收脉动电流,不过通过改进DSP侧的控制,不会感觉到照明器具的闪烁。
主电路采用非绝缘升降压型,没有设置PFC(功率因数改善)电路。
外形尺寸为180mm×19.4mm×6.5mm。
无电解电容LED技术简介
2011-03-1121:
29:
52| 分类:
LED专业| 标签:
电解 电容 led 照明 寿命 |字号大中小 订阅
市场上的LED照明驱动电源通常分为二级架构和一级架构,一级架构指的是直接从220V市电转换出LED发光所需的直流电压和恒定电流,结构比较简单,BOM成本也较低,目前较受市场欢迎。
本文将专门介绍无需电解电容的一级架构LED照明驱动电源。
为什么要强调无电解电容呢?
这是因为目前普通LED照明驱动电源的工作寿命取决于AC转DC时平滑电路必须采用的电解电容。
我们知道LED的工作寿命高达4万小时,而电解电容的寿命只有几千小时,由于系统的寿命是由电源组件中使用的电解电容的寿命来决定的,如果不想法拿掉电解电容,那么LED照明驱动电源的寿命与LED的寿命就很不匹配,也就很难发挥出LED照明的长工作寿命优势。
这也是为什么最近业界一直在积极开发无电解电容的LED照明驱动电源的主要原因。
那么为什么一定要用电解电容呢?
这是因为LED是直流电流驱动元件,当AC电源接通时,一般是使用整流元件和平滑回路的直流稳定化电源,该平滑回路中必要的电解电容会因周围的温度及自身的发热而上升10℃,而导致寿命减半,所以电解电容阻碍了LED照明器具的寿命。
据我们了解,目前做出无电解电容LED驱动电源方案的公司主要有村田制作所等。
冠德科技的方案暂时还处于保密状态,在此就不多做介绍。
用IC代替电解电容,寿命是原来LED驱动器的10倍,寿命可达4万小时以上,可完全与LED灯的寿命相匹配,而且此方案设计简单,体积小,只有原来LED驱动器面积的百分之四十,此方案主要应用于家用低功率照明中,适用范围是3W~20W。
内置了高电压功率MOS管及控制电路,因去除电解电容可实现小型化,低成本,并且实现了LED灯的长寿命和高效能。
主要特性:
内置高电压功率MOS管(650V/1.9Ω);内置启动电路,支持低功率;支持通用的交流输入电压(AC85-265V);过压保护/热截断电路;可调整的过流保护。
PWM控制功率MOS管工作在平均67KHz的振荡频率,为保证输出恒定的LED输出电流而内置了标准的参考电压(0.3V),从而实现了反馈控制。
当VCC电压低于操作电压时它会停止工作。
20W和120W无电解电容的LED照明驱动电源,效率分别达到惊人的90%和95%,分别针对室内照明和路灯照明市场。
这两款产品都是采用自己开发的LED驱动器、MOSFET和肖特基二极管实现,其中120WLED照明驱动电源还配有完备的短路、开路保护功能,并通过EMC认证测试。
这二款产品的工作寿命均长达8万小时,有效克服了LED光源和驱动电源寿命不匹配的业界难题。
据了解,120WLED照明驱动电源还集成了电力线载波通信功能,它允许远程打开和关闭照明电源。
下一步还将根据市场节电需求开发出可调光的室内照明和路灯照明方案。
是一家专业从事设计、开发和营销固态照明(SSL)系统解决方案和产品的供应商,主要面向住宅及商业室内普通LED照明市场。
提供的方案在平滑回路中无需使用电解电容,使用寿命超过4万小时,效率为85%±5%(4W输出功率时),功率因数为90%,输出功率从4W到20W。
基于VIPer17H设计无电解电容LED驱动器
许多国家正在积极发展LED照明技术。
高亮度LED要达到长寿命,并且要尽量小的光衰,温度的控制是关键,因此与其他光源相比,LED灯都需要一块比较大的散热器。
为了获得理想的散热效果,将LED与散热器直接接触可以获得最小的热阻,将散热器暴露在空气中是一种简单有效的设计方法,但却带来了安全隐患,不过如果采用隔离的LED驱动器方案将解决此问题。
在保证一定温度条件下,LED寿命可以轻松超过20000小时,因此驱动器的寿命将成为整个灯具长寿命的关键因素。
众所周知,电解电容是影响开关电源寿命的重要元件,限于电解电容的结构,很难匹配LED的长寿命要求,因此有必要开发一种无电解电容的驱动器。
此外根据能源之星于2008年11月发布的固态照明灯具计划标准1.1版,其中对LED驱动器的PF值提出了要求,即民用灯具大于等于0.7,商用大于等于0.9。
本设计使用ST的新VIPer系列控制器VIPer17H,对标准应用电路进行一些修改后开发出一款3.6W无电解电容LED驱动器。
输入为100~240Vac/50~60Hz,输出为10V/360mA(平均值),电路图如图1。
VIPer17是意法半导体(ST)新一代单片集成控制器,采用了BCD6和SuperMESH制程(图2),拥有更低的待机功耗,开关部分是一颗耐压800V的MOSFET,加上完备的保护功能,包括OVP、OCP、OTP、SCP、Brownout等,可以使设计拥有更多的安全裕量。
在此芯片的7个引脚中,CONT脚比较特殊,具有两个功能,见图3:
1.设定允许流过MOSFET的最大电流值Idlim;
2.设定过压保护点。
此3.6W无电解电容设计即是利用该引脚改变Idlim值来实现,根据芯片工作原理,当CONT引脚外接一颗电阻Rlim到GND时,在一定区间内,随着电阻值变小,MOSFET的限流点也会相应的变小,对应关系见图4。
从本质上看,随着Rlim的变小,是改变了流出CONT引脚的电流值,从而改变内部的限流点。
因此,如果再通过电阻连接CONT引脚与输入整流桥的输出端(如图1的R11,R12),那么流出CONT引脚的电流将会跟随输入电压变化,进而改变限流值,输入升高,则限流点变大,反之亦然。
通过这一步的变化,我们可以看到,流过开关管的电流值在一定程度上跟随输入电压变化,输入特性类似于PFC电路,因此可以采用PFC的电路结构,一个小容值的输入电容(一般为薄膜电容)。
此设计采用的是一个0.1mF的薄膜电容,同时控制回路也类似于PFC电路的设置,非常低的回路增益穿越频率,这样可以获得相对高的PF值和稳定性。
此时输入端的电解电容已经去掉。
在满足EMC要求的前提下,此电容的取值可以尽量小些,这样可以获得较高的PF值。
随着技术的不断进步,陶瓷电容正在越来越多地进入中低压电解电容和钽电容的应用领域,陶瓷电容具有更低的ESR以及非常长的寿命,这两点优势很适合LED驱动器,此设计中,次级采用5颗10mF/16V的陶瓷电容作为滤波电容。
同时初级的VCC供电电路也采用了陶瓷电容,不过因为供电电流很小,电容的自身发热少,寿命的降低不如主电路滤波电容显著,为了降低成本也可以使用电解电容。
到此,一款无电解电容的LED驱动器设计完毕,测试结果见图5。
从实际可知,由于输出的电容的低容量以及类似PFC的控制回路设置,输出电流的工频纹波很大,甚至会到零,不过此频率为100Hz,人眼是看不到闪烁的;需要指出的是为了维持在一个工频周期内输出平均电流的恒定,电流的峰值是输出平均值的1.7倍,而灯具设计时是按平均电流来选择LED灯,因此峰值电流将对LED造成冲击,不过大多数LED可以承受这样的冲击,只要限制在一定范围内,比如SHARP的LED在此条件下,可以耐受额定值3倍的电流。
除此之外,另一个难点在于滤除差模传导噪声,由于采用了小容值的输入滤波电容,以及类似PFC的工作方式,使差模传导噪声高于普通的反激变换器,因此在图1中,为了满足EMI要求,增加了X电容和差模电感,由此带来了体积的增大和成本的上
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- 无需 电解电容 LED 照明 驱动 电源 解决方案