15年03月16日 | 通过: , and

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MR11/16 LED驱动设计

当今低功率LED照明趋势的解决方案系列的第二部分中,我们列举了设计师需要参考的各种规范和行业标准,以便了解任何既定项目中关于LED驱动减少功耗、功率因数校正和低THD的设计限制。除了相关规范和标准,还需考虑很多其它可能影响设计的因素。包括:

  • 开发周期和设计复杂性
  • 效率和效能
  • 工作温度
  • 无闪烁和无闪光
  • 恒流输出容差
  • 供应商选择与整合
  • 驱动器的成本、可靠性和使用寿命
  • 保护功能—— 过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、过温保护(OTP)、短路LED、开路LED
  • 有限的印刷电路板 (PCB) 空间或体积(高度)限制
  • 找到满足输入和输出电压-电流参数、散热设计、安全法规和保护需求的电源拓扑
  • 调光及调光范围(切相调光器要求、调光比、浪涌电流限制、阻尼电路、泄放电路等)

MR11和MR16(MR表示“多面反射镜”外罩)灯泡通常是卤素灯,常见类型的额定值有20W、35W和50W。典型的现有卤素灯设计如图1所示。

Fig. 1. Existed Conventional Halogen Infra structure

 

图 1.   现有的传统卤素灯基本结构

输入电压可以是 DC 12V 或 24V 或直接插入到 120V 或 230V AC 电源。12V或24V电压也可来自简单变压器,后者接受电网AC电压并输出12V/24V AC输入至灯具插座。LED 替代产品需要恒流控制。4W led MR灯相当于20W卤素灯设计。某些型号具有调光特性,同时调光的目的是为增加可用性。

MR11/16 灯 LED 驱动设计挑战

MR11/16设计的最大难题在于缺乏灯架、灯泡形状、功率因数、总谐波失真要求的标准(能源之星要求在>5W时LED照明产品≥0.9,集成灯具≥0.7),同时系统功效低。必须考虑灯的尺寸来设计LED驱动器的小巧空间,因为驱动器必须容纳在图. 2的灯具内。

Fig. 2. MR Lamp Dimensions

图 2.      MR 灯的尺寸

有两种印刷电路板外观形状。图. 3所示产品是圆形的,以适应LED模组的背面形状。圆形直径应小于 30 毫米,较高的元件位于距中心接头 5 毫米范围内。图. 4所示产品是垂直的;必须小于30 x 20 mm。

Fig. 3. MR Lamp Round Type PCB Design

 

图 3.      MR 灯圆形印刷电路板设计

Fig. 4. MR Lamp Vertical Type PCB Deign

图 4.    MR 灯立式印刷电路板设计

MR11/16 飞兆半导体公司解决方案

合适的LED驱动器拓扑可以实现最佳成本解决方案。如果输入电压为 12V 或 24V DC,可选择升压或降压拓扑结构作为 LED 驱动器 DC-DC 拓扑结构。如果 LED 灯串的总正向电压高于整流输入电压,则使用升压拓扑结构。否则,使用降压拓扑结构。DC-DC 功率级效率较高。一般情况下,该功率可高达 90%。然而,镇流器变压器效率很差。镇流器变压器不是开关模式电源(SMPS),而是将110V/220Vac转换为12V/24Vac的变压器。虽然 DC-DC 功率级效率高,但 AC-DC 变压器及 DC-DC 拓扑结构的系统总效率较低。

对于 MR LED 灯驱动器,需要解决系统效率低、功率因数校正和总体谐波失真要求,以适合有限的小型印刷电路板空间。目前使用 AC-DC 变压器加 DC-DC 拓扑结构的解决方案是当前已经安装的结构: 卤素灯插座和镇流器变压器。这可以节省安装投资成本,但会牺牲电力效率。这种基础设施将被更有效的结构所取代。制造商也开始将 AC-DC MR 灯推向市场。

AC-DC MR 灯把 LED 驱动器集成到灯壳体,而不需要镇流器变压器。在此结构中,总功率效率可能达到 80% 以上。一般情况下,既将 AC-DC LED 驱动电路板构建到小的灯壳体内,又同时满足应用场景的功率因数和总体谐波失真要求并非易事。还有一种首选方法,就是不使用寿命时间小于其他半导体元件或无源电气元件(如电阻、陶瓷电容器和电感器)的电解电容器。AC-DC MR 型 LED 灯的设计是一个新的设计挑战。

Fairchild建议采用新的LED驱动器来解决AC-DC问题;如图. 5所示的FL7701。它是“智能”非隔离PFC降压LED驱动器解决方案。利用直接AC线路输入电压,可能获得适应MR灯具的较小PCB外形。此LED驱动设备避免了常用于输入、输出和IC Vcc电压的电解电容。省去电解电容可延长产品寿命并减少印刷电路板空间,同时降低材料清单成本。使用几个外部元件便可满足功率因数 (PF) 和总体谐波失真要求,同时实现 80% 以上的效率。相对于升压设计,降压拓扑结构还具有恒定输出电流(降低纹波电流)的优势,因为电感器与输出串联放置,即降压拓扑结构看起来像是 LED 负载的恒定电流源。升压拓扑结构的输出电流是不连续的,除非使用输出电容来过滤纹波电流。波形比较如图 6 所示。

Fig. 5. Smart Non-Isolated PFC Buck LED Driver Solution

 图 5.     智能非隔离式功率因数校正降压 LED 驱动解决方案

Fig. 6 Buck versus Boost Topology Comparison

图 6.    降压和升压拓扑比较

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https://info.fairchildsemi.com/FY1501–Bog–AEP3680–1–Design-Tools.html

想要进一步了解当今LED照明应用的Fairchild解决方案吗? – 请下载我们的应用指南: https://info.fairchildsemi.com/FY1501–Bog–AEP3680–2–LED-Lighting-Solutions-Guide.html

请访问我们的LED资源页面,了解更多关于Fairchild LED照明解决方案的信息。在第四部分,我们将探讨A19、14/17、E26/27灯泡LED驱动器设计。

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