在LED照明應用中采用交流-直流(AC-DC)電源供電的LED驅動(dòng)電路中,常見(jiàn)隔離拓撲結構與非隔離拓撲結構。這兩種拓撲結構各有其特點(diǎn)。相比較而言,非隔離拓撲結構的優(yōu)勢包括磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數量更少、總物料單成本更低,以及能以機械設計滿(mǎn)足安規等,特別適用于內含驅動(dòng)器的LED燈泡及燈管應用,已成為此類(lèi)LED照明趨勢而大量被采用。而隔離拓撲結構則因安規需求較適用于驅動(dòng)器與的LED燈泡及燈管分開(kāi)結構之照明應用。
NIKO-SEM提供之LED驅動(dòng)器非隔離LED驅動(dòng)器系列,採峰值電流採樣加平均電流採樣雙回授控制,因此能改善高功因應用中單一平均電流回授控制中不可調光之缺失,同時(shí)快速回授特性可避免輸入電壓變換控制延遲造成LED過(guò)流毀損現象,可適用于多種非隔離LED驅動(dòng)高功因與傳統非高功因應用方案。
在傳統純電阻峰值電流採樣做法時(shí)電感電流全部流經(jīng)採樣電阻,因為採樣電阻上的峰值電壓每頂到內部參考電壓時(shí)皆會(huì )立即關(guān)閉功率電晶體,因此每個(gè)開(kāi)關(guān)週期電感電流峰值都會(huì )相同,無(wú)法隨輸入電壓正弦波振幅大小變化,功因也就無(wú)法有效提昇.NIKO-SEM在非隔離高功因降壓驅動(dòng)應用采用電阻并聯(lián)電容的獨特峰值電流採樣方式,使流經(jīng)電感上的電流能有效隨輸入電壓正弦波振幅大小變化,進(jìn)而達成高功因的目的。
其原理為:
電容電荷公式中,Q=CV = IT ,其中并聯(lián)電容之Q(電荷)值、C(電容量)值以及V(採樣電壓)值皆為定值,電容電流I會(huì )隨導通時(shí)間T的變動(dòng)而變化,由于輸入電壓正弦波振幅越大時(shí)流經(jīng)電感的電流斜率會(huì )變大,會(huì )較短導通時(shí)間頂到內部參考電壓,所以輸入電壓正弦波振幅越大時(shí),導通時(shí)間變越短,而電容電流I會(huì )越大,同時(shí)電感電流亦越大,因此具有良好高功因的表現,調整采樣電阻阻值則可隨意改變LED負載電流大小。
此外NIKO-SEM之LED驅動(dòng)器提供一COMP腳專(zhuān)門(mén)做輸入電壓以及輸出負載變化補償用,使LED電流變化率得以控制在5%水準。以下圖1為NIKO-SEM提供之典型全電壓非隔離高功因BUCK架構LED驅動(dòng)電路。在圖1中,電阻R3、電容C4為峰值電流採樣元件,串聯(lián)于飛輪二極體D1的電阻R4為平均電流採樣元件,作為當功率電晶體關(guān)閉時(shí)LED負載電流的採樣工作,電阻R4的每個(gè)工作週期電壓經(jīng)過(guò)電阻R5、電容C5積分成一平坦直流電壓值,當LED負載電流越大則電阻R5、電容C5積分的電壓值越高,同時(shí),輸入電壓越高時(shí)電阻R5、電容C5積分的電壓值亦越高,藉此可補償輸入電壓以及輸出負載變化。此電壓值于功率電晶體再度導通時(shí)疊加峰值電流採樣電壓,產(chǎn)生峰值電流採樣加平均電流採樣雙回授控制,共同疊加的訊號VLD以及峰值電流採樣電壓VCS如圖2所示。雙回授控制應用時(shí)優(yōu)先設定平均電流採樣電阻R4阻值,公式為R4 = ILED / 0.25,然后再設定峰值電流採樣電阻R3阻值,公式為R3 = R4 / K,K=3.75。

圖1典型全電壓非隔離高功因之BUCK架構LED驅動(dòng)電路

NIKO-SEM提供之LED驅動(dòng)器系列恆流控制採用固定關(guān)斷時(shí)間控制模式,因此在高功因應用可工作在CCM或DCM模式。在BUCK應用中操作在CCM模式比起CRM模式有峰值電流較小以及高低輸入電壓下頻率變化較小的優(yōu)點(diǎn),使得在高輸入電壓時(shí)導通損失以及交換損失較小,因此效率較高。此外操作在CCM模式需要考慮的是高輸入電壓時(shí)產(chǎn)生之二極體逆向回復電流IRR流經(jīng)功率電晶體與飛輪二極體之間的導通損失,所以在電感感量設計時(shí)要考量最高電感電流之波谷電流量要小于0.1A以下,以避免產(chǎn)生逆向回復電流IRR損失影響整體效率,同時(shí)讓功率電晶體以及飛輪二極體產(chǎn)生溫度較高現象。
NIKO-SEM提供之LED驅動(dòng)器系列在驅動(dòng)功率電晶體方面採用的是源極驅動(dòng)方式,搭配專(zhuān)利之IC電源以交換工作模式,能有效降低IC電源供電損失以及不需要額外輔助繞組及供電元件即可供應IC電源正常工作,因此儲能電感可採用價(jià)格低的工形電感即可。在保護功能方面,NIKO-SEM提供之LED驅動(dòng)器有過(guò)溫保護、燈管短路保護以及燈管開(kāi)路保護。燈管開(kāi)路保護利用積納二極體設定保護電壓直接偵測LED輸出端電壓,開(kāi)路動(dòng)作電壓可設計接近于正常點(diǎn)亮之LED端電壓,因此LED輸出端之并聯(lián)濾波電容不用採用較高額定電壓,可降低電容成本與體積。
NIKO-SEM提供之LED驅動(dòng)器系列在調光方面,包含有線(xiàn)性調光、脈波調光以及叁端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(TRIAC)調光,以下圖3所示,為NIKO-SEM提供之全電壓TRAIC調光非隔離高功因BUCK架構LED驅動(dòng)電路方案。

圖3全電壓TRAIC調光非隔離高功因之BUCK架構LED驅動(dòng)電路
NIKO-SEM提供之LED驅動(dòng)器系列可支援多種應用方案提供非常高的能效,而且電路簡(jiǎn)捷,適合不同的中低功率LED一般照明應用。NIKO-SEM LED驅動(dòng)器產(chǎn)品系列有N3201M採SOT26封裝,N3201V採SOP8封裝。內含高壓MOSFET則有N3101V、N3102V分別內置1A及2A高壓MOSFET,採SOP8封裝適用于8W以下LED燈泡應用。此外NIKO-SEM提供之LED驅動(dòng)器系列除BUCK應用外尚可應用在其它非隔離之BOOST以及BUCK-BOOST拓樸,在隔離型拓撲則可應用在次級回授穩流(SSR)應用。
圖2高功因之BUCK架構LED驅動(dòng)電路電壓電流波形 |