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波音国际平台图解众道LED驱动电源环节本领

来源:波音国际日期:2020/04/12 浏览:

  波音国际平台灯作为一种新型节能和无污染光源,由于其特有的发光照明特性,在现代照明应用中发挥着革命性的作用。作为控制技术所存在的可靠性低、成本高等典型问题一直制约着LED 照明的发展。对于

  国内外通用LED 照明的一个显著特点是,光源通常由数量较大的多颗LED 芯片构成,LED自身的特性决定了LED适合恒流驱动,这一点已得到国内外专家学者的共识。LED驱动方式主要是单路恒压输出(光源内置恒流源)、单路恒流输出、单路恒压源配置多路DC/ DC 恒流输出等方案。

  将LED光源作为单组负载由单输出电源进行驱动是最简单的LED驱动控制方式。构成LED 光源的多颗LED 有多种连接方式。下图1所示的是所有的LED负载串联的连接方式,单输出电源为恒流源特性驱动LED 灯。由于光源串联,因此不存在均流问题,但当LED串联数量较大时,光源电压将增高,过高的光源电压要求灯具整体符合安全标准的绝缘成本增高,灯具散热器和绝缘要求越高,热阻也越大,散热效果变差对LED 灯寿命会产生影响。

  作为改进,如下图2所示的LED灯为网格状排列结构,这种结构可避免光源的电压过高,当并联LED数量较大时,单颗灯开路,对整个LED灯的影响较小,但这种单颗LED直接并联的方式,LED的电流均衡性差,造成LED光源可靠性降低;同时其中一个LED 短路,与之并联的LED 都将熄灭。

  如下图3 所示的结构,LED串联后再相互并联,在没有LED失效的情况下,该结构均流特性好于图2所示的网格状结构,但如果部分LED发生短路故障时,会造成多串LED 间严重的电流不均衡。

  以上分析可见,单输出恒流驱动,应用中有一定的局限性,尤其是LED 光源并联的联接方式对光源的使用寿命和可靠性将产生较大影响。

  如下图4 所示的电路结构,每组LED 负载由独立恒流源特性的驱动控制方式是一种较理想的方案,这一方面解决了多路输出间的电流不均衡问题,另一方面也克服了前述单输出恒流驱动的缺点,但该方案的驱动效率相对较低。

  目前较普遍采用的LED 多路驱动方案如下图5所示,在单输出恒压源的输出端口,配置若干级非隔离DC/ DC 变换器,每路LED负载由单独的DC/DC变换器实现恒流驱动控制。该方案存在的缺点是,DC/ DC 变换器电路较为复杂,成本相对偏高,可靠性偏低;每增加一级DC/ DC 变换器,驱动效率相应降低,且易伴生电磁干扰(EMI);不同类型光源的每路LED 负载的电压、电流及功率存在差异,通用DC/ DC 变换器的设计很难标准化,给产业化带来很大不便。

  研究认为,LED 在利用电容实现多路恒流驱动的情况下,同时参与电路谐振,改变变换器特性,更容易实现LED 整体的稳定性和可靠性,同时在成本上可以得到大幅度的降低。提出三种新技术方案:

  如下图6 所示主电路采用了两级变换实现对LED的多路驱动,电路包含高频脉冲交流源、阻抗网络Z1 和高频变压器T0、高频谐振电容Cb1、双路整流滤波电路和LED 负载。阻抗网络Z1 的输入为高频脉冲交流源,输出接高频变压器T0原边,变压器副边的一端串联谐振电容Cb1,另一端并联两路整流滤波电路;二极管D1、D4 和二极管D2、D3 分别组成的两个独立的半波整流电路,以及滤波电容Co1、Co2 相应组成两路整流滤波电路;滤波电容Co1 和Co2 分别并联在两路LED 负载两端,两路独立的半波整流电路分别给两路LED 负载提供电源。谐振电容Cb1 一方面与阻抗网络Z1 组成了高频谐振网络,参与主电路谐振,另一方面,当两路LED 负载出现压降不平衡时,还可通过Cb1 来平衡两路LED 的压差,使两路LED 负载工作电流平均值相等。

  如下图7 所示电路为高频谐振网络的实现方式。阻抗网络包括谐振电感Lr、Lm 和高频变压器原边谐振电容C0,谐振电感Lm 与高频变压器T0 原边并联,该并联环节与谐振电感Lr 和谐振电容C0 串联,Cb1 为变压器副边谐振电容。谐振电感Lr 和Lm 可以是外置的独立电感,Lr 也可以是高频变压器T0 的漏电感,而Lm 则也可以是T0 的励磁电感。由于谐振电容Cb1 参与主电路的谐振变换,改变了增益曲线,其等效折算到变压器原边的取值和原边谐振电容C0 可比,加快了变换器的响应速度,避免由于大容量电容引起在起机等动态条件下输出过冲。

  前述技术方案中,高频脉冲交流源必须是正负对称的方波电压脉冲,以保证谐振电容Cb1 在两路负载不平衡时起到较好的均流作用,这样要求前级电路必须是双开关管的桥式电路。作为技术的进一步突破,开发了一种新型的正反激电路多路输出驱动拓扑,如图8 所示,变压器原边采用了单开关管S1,在变压器副边的一个整流回路中串联高频电感L1。当原边开关管S1 导通时,变压器Ta1 储能,副边通过电容Cb1,二极管D3,电感L1,负载A1,二极管D2 构成电流回路,变压器工作在正激状态;当原边开关管S1 关断时,变压器Ta1 释放能量,副边通过二极管D1,负载A2,二极管D4,电容Cb1 构成另一个电流回路,变压器工作在反激状态。波音国际平台在正激回路中,谐振电容Cb1、高频电感L1 谐振,从而使得二极管D2、D3 工作在零电流开关状态,减小二极管的反向恢复损耗,提高效率。当两路负载出现压降不平衡时,电容Cb1 仍然能起到平衡负载电流的作用。

  在中大功率应用场。

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