在全球能源短缺、環(huán)保要求不斷提高的背景下，世界各國(guó)均大力發(fā)展綠色節(jié)能照明。LED照明作為一種革命性的節(jié)能照明技術(shù)，正在飛速發(fā)展。然而，LED驅(qū)動(dòng)電源的要求也在不斷提高。高效率、高功率因數(shù)、安全隔離、符合EMI標(biāo)準(zhǔn)、高電流控制精度、高可靠性、體積小、成本低等正成為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。
LED驅(qū)動(dòng)電源的具體要求
LED是低壓發(fā)光器件，具有長(zhǎng)壽命、高光效、安全環(huán)保、方便使用等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于市電交流輸入電源驅(qū)動(dòng)，隔離輸出是基于安全規(guī)范的要求。LED驅(qū)動(dòng)電源的效率越高，則越能發(fā)揮LED高光效，節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)高開(kāi)關(guān)工作頻率，高效率使得整個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電源容易安裝在設(shè)計(jì)緊湊的LED燈具中。高恒流精度保證了大批量使用LED照明時(shí)的亮度和光色一致性。
10W以下功率LED燈杯應(yīng)用方案
目前10W以下功率LED應(yīng)用廣泛，眾多一體式產(chǎn)品面世，即LED驅(qū)動(dòng)電源與LED燈整合在一個(gè)燈具中，方便了用戶(hù)直接使用。典型的燈具規(guī)格有GU10、E27、PAR30等。針對(duì)這一應(yīng)用，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下方案(見(jiàn)圖1)
圖1：基于AP3766的LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖
該方案特點(diǎn)如下：
1. 基于最新的LED專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片AP3766，采用原邊控制方式，無(wú)須光耦和副邊電流控制電路，實(shí)現(xiàn)隔離恒流輸出，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。通過(guò)電阻R5檢測(cè)原邊電流，控制原邊電流峰值恒定，同時(shí)控制開(kāi)關(guān)占空比，保持輸出二極管D1的導(dǎo)通時(shí)間和整個(gè)開(kāi)關(guān)周期時(shí)間比例恒定，實(shí)現(xiàn)了輸出電流的恒定。
2. AP3766采用專(zhuān)有的“亞微安啟動(dòng)電流”技術(shù)，僅需0.6μA的啟動(dòng)電流，因此降低了啟動(dòng)電阻R1和R2上的功耗，提高了系統(tǒng)效率。典型5W應(yīng)用效率大于80%，空載功耗小于30mW。
3. AP3766采用恒流收緊技術(shù)實(shí)現(xiàn)垂直的恒流特性，恒流精度高。
4. 電路元件數(shù)量少，AP3766采用SOT-23-5封裝，體積小，整個(gè)電路可以安裝在常用規(guī)格燈杯中。
5. 安全可靠，隔離輸出，具有輸出開(kāi)路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)及短路保護(hù)功能。
6. 功率開(kāi)關(guān)管采用三極管，省去了高壓場(chǎng)效應(yīng)管，系統(tǒng)成本低。
圖2為該方案的5W應(yīng)用電路樣機(jī)實(shí)物照片。圖3是基于AP3766的5W LED驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)物照片。圖4為基于AP3766的5W LED驅(qū)動(dòng)電路滿(mǎn)載效率隨交流輸入電壓變化曲線(xiàn)。圖5為基于AP3766的5W LED驅(qū)動(dòng)電路滿(mǎn)載輸出IV特性曲線(xiàn)。
10～60W功率LED路燈、LED直管燈應(yīng)用方案
IEC國(guó)際電工委員會(huì)對(duì)照明燈具提出明確的諧波要求，即IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。因此對(duì)于較大功率LED照明應(yīng)用，采用功率因數(shù)校正(PFC)控制技術(shù)成為必需。對(duì)于60W以下應(yīng)用，有高性?xún)r(jià)比單級(jí)PFC控制方案，該方案電路原理圖如圖6所示。
圖6：基于AP166+AP4313的LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖
該方案特點(diǎn)有：
1.單級(jí)PFC方案，只用一級(jí)反激式電路拓?fù)洌瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和隔離恒流輸出。元件數(shù)量少、體積小、性?xún)r(jià)比高。
2.高功率因數(shù)，采用有源功率因數(shù)校正控制芯片AP1661，功率因數(shù)PF>0.9，滿(mǎn)足IEC61000-3-2諧波標(biāo)準(zhǔn)。
3.采用副邊恒壓恒流控制芯片AP4313，恒流精度高，輸出電流誤差<3%。
4.高效率，滿(mǎn)載效率高達(dá)90%。
5.安全可靠，隔離輸出，具有輸出開(kāi)路保護(hù)，過(guò)壓保護(hù)及短路保護(hù)功能。
AP1661是一款工作于臨界導(dǎo)通模式下的有源功率因數(shù)校正控制芯片，可廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、LED驅(qū)動(dòng)和電子鎮(zhèn)流器的預(yù)調(diào)整變換器控制。該芯片內(nèi)部包括1個(gè)啟動(dòng)定時(shí)器可滿(mǎn)足待機(jī)應(yīng)用要求，1個(gè)能實(shí)現(xiàn)接近于1的功率因數(shù)的單象限乘法器和1個(gè)零電流檢測(cè)模塊確保臨界斷續(xù)方式工作。AP1661的圖騰柱驅(qū)動(dòng)輸出能夠?yàn)橥獠縈OSFET或IGBT提供最大600mA驅(qū)動(dòng)電流和800mA關(guān)斷電流能力。
采用了先進(jìn)的雙極型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造工藝，具有低啟動(dòng)電流，低工作電流和低功耗的特點(diǎn)。AP1661同時(shí)具有完善的保護(hù)功能，包括過(guò)壓保護(hù)、帶有滯后的輸入欠壓鎖定和乘法器輸出嵌位以限制開(kāi)關(guān)最大峰值電流。圖7為該方案60W應(yīng)用電路樣機(jī)實(shí)物照片。圖8為應(yīng)用該方案LED直管燈實(shí)物照片。
60～150W大功率LED路燈應(yīng)用方案
在戶(hù)外照明部分，中國(guó)每年路燈市場(chǎng)需求量都在2000萬(wàn)盞以上，中國(guó)城市改造、城鎮(zhèn)建設(shè)、住宅建設(shè)及道路建設(shè)對(duì)于大功率、高亮度、節(jié)能的LED路燈產(chǎn)品的市場(chǎng)需求是極其龐大的。
在更大功率應(yīng)用條件下，單級(jí)PFC電路難以同時(shí)兼顧PFC預(yù)調(diào)整和反激電路輸出恒流調(diào)整性能，這時(shí)需要采用兩級(jí)電路架構(gòu)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。因此，有新推出的PFC+PWM 兩級(jí)架構(gòu)電路拓?fù)浞桨?，該方案電路原理圖如圖9所示。
圖9：基于AP1661+AP3102的LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖
該電路采用Boost PFC+Flyback兩級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制芯片采用PFC控制芯片AP1661，PWM控制芯片AP3102和副邊恒流控制芯片AP4310。該電路方案優(yōu)點(diǎn)是輸入/輸出電容小，輸出紋波小，隔離輸出，功率因數(shù)高，電流精度控制在2%以?xún)?nèi)，可靠性高。圖10為該方案的90W應(yīng)用電路樣機(jī)實(shí)物照片。圖11為應(yīng)用該方案大功率LED路燈燈具照片。
圖11：大功率LED路燈燈具照片
圖12：90W LED電源滿(mǎn)載效率曲線(xiàn)