关于智能化分段线性恒流LED驱动电源的设计.doc
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1、关于智能化分段线性恒流LED驱动电源的设计0 引言LED(Light emitting diode)照明是一种新兴的照明技术,是典型的绿色照明光源1。在LED照明技术当中,驱动电源的性能至关重要,涉及到了LED整灯的各项电气性能以及可靠性。LED驱动电源大致发展为开关电源和线性电源2,开关电源具有效率高、功耗小的优点,但存在较严重的电磁干扰问题;而线性电源的电磁干扰问题较小,输出电流电压纹波小,但效率较开关电源低3。在LED照明中,要求驱动电源的使用寿命高于LED光源的使用寿命,才能保证LED整灯的使用寿命。但由于电路中使用了电解电容,易受工作温度的影响,发生电解液挥发,电容容量下降等问题,使
2、用寿命大大降低,影响了驱动电源的使用寿命,进而降低LED整灯的使用寿命4-6。本文设计了一种去电容化的智能化分段线性恒流LED驱动电源,整个驱动电源无电解电容、变压器、电感等大体积的元器件。电路采用分段工作方式,可以实现对输入电压的自适应分段工作,提高了功率因数(Power Factor,PF)。电路内部集成了四段高压功率MOSFET,除整流桥和采样电阻外,驱动电源的其余部分可集成在单颗芯片上。芯片电路中设置了使能扩展控制端,可接受外部感应信号,控制LED输出电流的变化,实现智能化控制。理论分析和仿真验证结果表明,电路的设计正确,且各项性能指标均满足预期要求。1 驱动电源电路设计传统的开关型L
3、ED驱动电源中一般含有大电解电容和高频变压器,导致LED驱动电源的体积庞大且使用寿命较短。图1所示为市电工作的传统的开关型LED驱动电源的系统框图。图中滤波电路主要目的是将整流后的电压波形变成平滑的直流电,输出整流可以对电压整形滤波,保持输出电流的一致性,电路需要采用电解电容和电感等储能元件7。变压器采用反激工作方式,反复的接通和断开使变压器实现电-磁-电的变换。可见传统的开关型LED驱动电源在电路结构上采用了大体积的变压器和电解电容、电感等,电路具有体积庞大和使用寿命较短等问题8。分段线性恒流LED驱动电源可以有效地解决以上问题。图2所示为本文设计的智能化的分段线性恒流LED驱动电源的系统框
4、图。驱动电路可以避免使用大电解电容和高频变压器,根据整流之后的电压变化,自适应地控制LED灯串分段恒流工作。图中模块1整流桥可对正弦电压波形进行全波整流,LED灯串N1LED灯串N4采用N个LED灯珠串联形式,Rsen采用外置精确电阻。输入电压经高压稳压降压电路输出VDD,作为芯片工作电压;多值输出参考电路可以得到4路参考电压,为4组线性恒流电路提供参考电压;4组线性恒流控制LED灯串处于恒流工作状态;电平转换模块可以将外部感应信号电平转换为芯片可识别的电平,并控制多值输出参考电路,控制多值输出参考电路的输出值;内部集成多种保护电路,可防止芯片过温、过压、过流等极限情况,确保电路正常工作。电路
5、的基本工作原理分析如下:输入市电为220 V/50 Hz的交流电经整流桥整流之后,可以在整流桥的两个输出端口得到脉动直流高压,该电压峰值电压为311 V、时间周期为10 ms的正弦半波脉动电压。该电压既为高压稳压降压电路提供工作电压,也作为LED光源的输入电压Vin。高压稳压降压电路可在第一串灯珠正向导通前稳定输出芯片的工作电压,保证芯片正常工作。多值输出参考电压电路输出(V1 在输入电压上升阶段,当输入电压上升到LED灯串N1的正向导通电压后,第一组线性恒流电路中的LDMOS1处于导通状态,LED灯串N1点亮,电流受第一组线性恒流电路控制,电流值为V1/Rsen。当输入电压达到灯串N1和LE
6、D灯串N2的正向导通电压后,由于支路的电流增大,反馈电压变大,使得第一组线性恒流电路的运放输出为低电平,从而关断了第一组的LDMOS1,LED灯串N1、LED灯串N2和LDMOS2构成一条支路,电流受第二组线性恒流电路控制,电流值为V2/Rsen。依次工作原理,点亮LED灯串N3和LED灯串N4。在输入电压下降阶段,4组线性恒流电路工作次序与输入电压上升阶段相反。外部感应信号可通过电平转换电路控制多值输出参考电压电路,从而改变输出电流。分段线性恒流LED驱动电路可工作在两种工作电流模式下,如表1所示。LED分4个阶段依次点亮,表中V11/V1=V22/V2=V33/V3=V44/V4=2,Rs
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