工程师分享:新型高功率LED驱动电路探索
逐渐取代传统白热灯泡与荧光灯的发光二极管(LED),具备低污染、低消费电力、高发光效率、长寿命、无水银成分等优势,它的发展动向已经成为全球关注的焦点。最近几年随着LED发光效率甚至超越传统荧光灯,一般认为未来提高照明灯具整体的综合效率越来越重要,然而实际上不论是哪种型式的LED灯驱动电路,都会有10~20%左右的消费电力损失,因此改善电源的转换效率,再度成为重要课题。
以往使用AC100V平顺化后的DC140V电源方式,极容易发生突波电流。所谓「突波电流」突波电流是指开启电源后,流入平顺化电容器的巨大充电电流。具有平顺化电容器、可以驱动复数个LED的驱动电路,点灯时可能会造成断电器跳脱,此外电源切换器高温融溶附着,以及对电路组件的过负载,都可能引发各种问题。虽然突波电流抑制电路已经实用化,不过它的电源转换效率却很低,因此研究人员使用半导体继电器(Photo MOS Relay),开发LED灯专用的驱动电路,实现LED驱动电路高效率化的目的。
根据实验结果证实90~110V变动的电源电压,电源转换效率高达80.7~91.8%,而且还能够降低突波电流。新型LED灯专用驱动电路,充分发挥2个半导体继电器特性,它具有高效率、低消费电力、低组件数量、低产业废弃物与低制作成本等特征。照明灯具即使提高1%的动作效率,对二氧化碳排放量的抑制、或是减缓地球暖化都有重大贡献,因此LED灯专用的驱动电路的发展,已经受到业者高度重视。接着本文要探讨使用半导体继电器突波电流抑制电路的新型LED灯驱动电路动作原理与特征。
LED驱动电路
图1是新型LED灯专用驱动电路。考虑照明灯具整体效率时,电源效率与LED发光效率同样重要。基本上LED的顺向电压只有数V非常低,因此LED灯可以使用各种方法,转换AC100~110V电源驱动LED,然而LED灯专用驱动电路本身,就有各式各样的特性与问题,接着根据电源效率的观点,透过各种驱动电路的比较,深入探讨各种驱动方式的特征。
驱动方式
驱动方式主要分成三大类,分别是:(1)降压、分压方式;(2)直接使用AC100~110V方式;(3)使用DC140V方式。
有关第(1)项降压、分压方式,本质上LED的顺向电压非常低,因此可以使用变压器降压,或是使用平顺化电容器降压,类似这样降压、分压方式,主要缺点是损失非常大,经常高达10~20%。此外LED高辉度化时,必须提高输出、增加电流,然而电流稳定化却需要使用电流稳定化控制电路,其结果反而造成组件使用数量、制作成本有增加之虞。
有关第(2)项,直接使用AC100~110V方式施加至LED灯群,由于这种方式没有任电力何损失,因此它的电源效率几乎是100%,目前所有交流驱动LED灯都采用这种方式。动作时它是直接对LED灯施加半波或是全波波形,由于这种方式并没有平顺化电路,因此辉度会急遽降低,严重时会出现闪烁现象,此外LED的使用数量高达2倍,即使如此下列驱动方式同样会使全光束降低。
有关第(3)项使用非降压DC方式,由于这种方式的AC100~110V未作降压、分压,直接进行全波整流、平顺化取得DC140V的电源,因此电源效率非常高,可以施加到LED灯群的电压也超过100V。非降压DC方式通常是串联连接LED,它可以获得非常明亮的照明,不过这种方式使用大静电容量的平顺化电容器,因此会有许多突发电流流动。
驱动方式的比较
表1为上述驱动方式的比较结果一览。
突波电流抑制电路
表1中的非降压DC型驱动方式,主要缺点会有突波电流的困扰。如上所述所谓「突波电流」是指开启电源后,流入平顺化电容器的巨大充电电流。突波电流经常成为断电器跳脱、或是对电路组件造成过负载的主要原因,如图2所示为抑制突波电流,类似电阻串联连接至平顺化电容器等方法都非常有效,然而突波电流是过渡期间发生的现象,过渡期间以外的恒定状态,抑制突波电流的电阻,反而会引发不必要的电力损失。为削减恒定状态时的额外电力损失,以往大多使用热敏型(Thermist)或是闸流体型(Thyristor)构成的电流抑制电路,不过这类电路却成为提升电源效率的主要障碍。
突波电流抑制电路的必要性
电荷未滞留在平顺化电容器时,切换器一旦变成ON,为了滞留电荷会有很大的突波电流流动,反过来说无突波电流抑制电路的场合,理论上该值会变成无限大。新开发的电路会先使电源电压以DC140V流入LED,接着再使用220μF使平顺化电容器,能够以最大电流155mA动作。
图3是测试突波电流的实验电路,根据测试结果显示突波电流的最大值为36A。为测试电流本电路刻意附加1Ω的电阻,不过实际上却是0Ω,换句话说可能有更多的电流流动,类似这样过大电流流动会引发上述弊害,因此必须设置突波电流抑制电路。
- 一种基于L6562的高功率因数Boost电路的设计方案(12-08)
- ucc28019_基于UCC28019的高功率因数电源(12-08)
- 功率晶体管助高效率、高功率密度转换器实现(12-08)
- 高功率因数的单相全桥PWM整流电路原理(12-07)
- 实现高功率密度二次模块的方法(12-07)
- 空间受限应用的最高功率密度、多轨电源解决方案(二)(12-07)
- 濡ゅ倹岣挎鍥╀焊閸曨垼鏆ョ€规悶鍎抽埢鑲╂暜閸繂鎮嬮柟瀛樺姇閻撹法鎷嬮鐔告畬缂佸顑呴〃婊呮啑閿燂拷
闁稿繈鍔嶉弻鐔告媴瀹ュ拋鍔呭☉鏃傚Т閻ㄧ姵锛愰幋婊呯懇濞戞挻姘ㄩ悡锛勬嫚閸☆厾绀夐柟缁樺姇瀹曞矂鎯嶉弬鍨岛鐎规悶鍎扮紞鏃堟嚄閽樺顫旈柨娑樿嫰婵亪骞冮妸銉﹀渐闂侇偆鍠愰崹姘舵⒐婢舵瓕绀嬪ù鍏坚缚椤懘鎯冮崟顐ゆ濡増鍨垫导鎰矙鐎n亞鐟�...
- 濞戞搩鍘炬鍥╀焊閸曨垼鏆ョ€规悶鍎抽埢鑲╂暜閸繂鎮嬮柟瀛樺姇閻撹法鎷嬮鐔告畬缂佸顑呴〃婊呮啑閿燂拷
缂侇噣绠栭埀顒婃嫹30濠㈣埖宀稿Λ顒備焊閸曨垼鏆ラ柛鈺冾攰椤斿嫮鎷犻崜褉鏌ら柨娑樺缁楁挾鈧鍩栧璺ㄦ嫚閹惧懐绀夐柛鏂烘櫅椤掔喖宕ㄥΟ鐑樺渐闂侇偆鍠曢幓顏堝礆妫颁胶顏卞☉鎿冧簻閹酣寮介悡搴f濡増鍨垫导鎰矙鐎n亞鐟庨柣銊ュ椤╋箑效閿燂拷...
- Agilent ADS 闁轰焦鐟ラ鐔煎春绾拋鍞查悹鍥у⒔閳诲吋绺藉Δ鍕垫
濞戞挻鎸搁宥夊箳閸綆鍤﹂柨娑樿嫰閸欏繘妫冮姀锝庡敼閻熸瑯鏋僁S闁告艾瀚~鎺楀礉閻旇鍘撮柛婊冭嫰娴兼劗绮欑€n亞瀹夐柣銏╃厜缁遍亶宕濋埡鍌氫憾闁烩偓鍔嶅〒鍫曟儗椤撶姵鐣遍柡鍐ㄧ埣濡法鈧冻缂氱槐鐧咲S...
- HFSS閻庢冻缂氱弧鍕春绾拋鍞查悹鍥у⒔閳诲吋绺藉Δ鍕垫
閻犙冨缁讳焦绋夐幘鎰佸晙闁瑰搫鐗愰鎶芥晬鐏炶棄寮块梻鍫涘灱椤斿骞掗崷娆禨S闁汇劌瀚慨娑㈡嚄閽樺瀚查幖瀛樻⒒閺併倝鏁嶇仦钘夌盎闁告柡鏅滈崑宥夊礂閵娾晜妗ㄧ紒顖濆吹缁椽宕烽弶娆惧妳濞戞梻濮电敮澶愬箵椤″锭SS...
- CST鐎甸偊鍠楃亸婵嗩啅閵夈倗绋婇悗骞垮€曢悡璺ㄦ媼椤撶喐娈岀紒瀣儏椤ㄦ粎鎲楅敓锟�
闁哄瀛╁Σ鎴澝虹€b晛鐦滈悹浣筋嚋缁辨繈宕楅妸鈺傛〃閻犱礁寮跺绶維T闁告艾瀚伴妴宥夊礉閻旇鍘撮柛婊冭嫰娴兼劗绮欑€n亞瀹夐柣銏╃厜缁辨繈宕濋埡鍌氫憾闊浂鍋婇埀顒傚枙閸ゆ粎鈧冻闄勭敮澶愬箵椤″T閻犱焦宕橀鍛婃償閺冨倹鏆�...
- 閻忓繐瀚伴。鍫曞春閾忚鏀ㄩ柛鈺冾攰椤斿嫮鎷犻崜褉鏌�
濞戞挸娲g粭鈧Δ鍌浬戦妶濂哥嵁閸愬弶鍕鹃悹褍鍤栫槐婵囨交濞嗗海鏄傞悹鍥у⒔閳诲吋绋夋潪鎵☉闁革负鍔岄惃鐘筹紣閹寸偛螚闁哄牜鍨堕。顐﹀春閻旀灚浜i悘鐐存礃鐎氱敻鎳樺鍓х闁瑰灚鎸风粭鍛村锤濮橆剛鏉介柣銊ュ缁楁挻绋夊顒傚敤缁绢厸鍋�...
- 鐎甸偊鍠楃亸婵堜焊閸曨垼鏆ユ繛鏉戭儔閸f椽骞欏鍕▕闁糕晝顢婇鍕嫚閸撗€鏌ら柛姘墦濞夛拷
閻犳劦鍘洪幏閬嶅触閸儲鑲犻柡鍥ㄦ綑閻ゅ嫰骞嗛悪鍛缂傚啯鍨甸崹搴ㄥΥ娓氣偓椤e墎鎷崣妯哄磿闁靛棔鑳堕妵姘枖閵忕姵鐝ら柕鍡曟娣囧﹪宕i柨瀣埍闁挎稑鏈崹婊呮啺娴e湱澹夐柡宥夘棑缁ㄥ潡鏌呴敓锟�...