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許多國家正在積極發展LED照明技術。高亮度LED要達到長壽命，并且要盡量小的光衰，溫度的控制是關鍵，因此與其他光源相比，LED燈都需要一塊比較大的散熱器。為了獲得理想的散熱效果，將LED與散熱器直接接觸可以獲得最小的熱阻，將散熱器暴露在空氣中是一種簡單有效的設計方法，但卻帶來了安全隱患，不過如果采用隔離的LED 驅動器方案將解決此問題。在保證一定溫度條件下，LED壽命可以輕松超過20000小時，因此驅動器的壽命將成為整個燈具長壽命的關鍵因素。 眾所周知，電解電容是影響開關電源壽命的重要元件，限于電解電容的結構，很難匹配LED的長壽命要求，因此有必要開發一種無電解電容的驅動器。此外根據能源之星于2008年11月發布的固態照明燈具計劃標準1.1版，其中對LED 驅動器的PF值提出了要求，即民用燈具大于等于0.7，商用大于等于0.9。 本設計使用ST的新VIPer系列控制器VIPer17H，對標準應用電路進行一些修改后開發出一款3.6W無電解電容LED 驅動器。輸入為100~240Vac/ 50~60Hz ，輸出為10V/360mA(平均值)，電路圖如圖1。 
VIPer17是意法半導體(ST)新一代單片集成控制器，采用了BCD6和SuperMESH制程(圖2)，擁有更低的待機功耗，開關部分是一顆耐壓800V的MOSFET，加上完備的保護功能，包括 OVP、OCP、OTP、SCP、Brownout等，可以使設計擁有更多的安全裕量。
在此芯片的7個引腳中，CONT腳比較特殊，具有兩個功能，見圖3：
1. 設定允許流過MOSFET的最大電流值Idlim; 2. 設定過壓保護點。 此3.6W無電解電容設計即是利用該引腳改變Idlim值來實現，根據芯片工作原理，當CONT引腳外接一顆電阻Rlim到GND時，在一定區間內，隨著電阻值變小， MOSFET的限流點也會相應的變小，對應關系見圖4。從本質上看，隨著Rlim的變小，是改變了流出CONT引腳的電流值，從而改變內部的限流點。因此，如果再通過電阻連接CONT引腳與輸入整流橋的輸出端(如圖1的R11，R12)，那么流出CONT引腳的電流將會跟隨輸入電壓變化，進而改變限流值，輸入升高，則限流點變大，反之亦然。通過這一步的變化，我們可以看到，流過開關管的電流值在一定程度上跟隨輸入電壓變化，輸入特性類似于PFC電路，因此可以采用PFC的電路結構，一個小容值的輸入電容(一般為薄膜電容)。此設計采用的是一個0.1mF的薄膜電容，同時控制回路也類似于PFC電路的設置，非常低的回路增益穿越頻率，這樣可以獲得相對高的PF值和穩定性。此時輸入端的電解電容已經去掉。在滿足EMC要求的前提下，此電容的取值可以盡量小些，這樣可以獲得較高的PF值。
隨著技術的不斷進步，陶瓷電容正在越來越多地進入中低壓電解電容和鉭電容的應用領域，陶瓷電容具有更低的ESR以及非常長的壽命，這兩點優勢很適合LED 驅動器，此設計中，次級采用5顆10mF/16V的陶瓷電容作為濾波電容。同時初級的VCC供電電路也采用了陶瓷電容，不過因為供電電流很小，電容的自身發熱少，壽命的降低不如主電路濾波電容顯著，為了降低成本也可以使用電解電容。 到此，一款無電解電容的LED 驅動器設計完畢，測試結果見圖5。從實際可知，由于輸出的電容的低容量以及類似PFC的控制回路設置，輸出電流的工頻紋波很大，甚至會到零，不過此頻率為100Hz，人眼是看不到閃爍的;需要指出的是為了維持在一個工頻周期內輸出平均電流的恒定，電流的峰值是輸出平均值的1.7倍，而燈具設計時是按平均電流來選擇LED燈，因此峰值電流將對LED造成沖擊， 不過大多數LED可以承受這樣的沖擊，只要限制在一定范圍內，比如SHARP的LED在此條件下，可以耐受額定值3倍的電流。除此之外，另一個難點在于濾除差模傳導噪聲，由于采用了小容值的輸入濾波電容，以及類似PFC的工作方式，使差模傳導噪聲高于普通的反激變換器，因此在圖1中，為了滿足EMI要求，增加了X電容和差模電感，由此帶來了體積的增大和成本的上升。不過為了獲得與LED燈匹配的長壽命，同時滿足相關的標準，此方案提供了一個新的選擇。
參考文獻： [1]Adragna C.Design equations of High-Power-Factor flyback converters based on the L6561[R/OL]. http://www.st.com/stonline/products/literature/an/5956.pdf [2]15 W offline TRIAC dimmable LED[R/OL]. http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/14425.pdf [3]Viper17,offline high voltage converter[R/OL]. http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/14419.htm [4]ENERGY STAR Program Requirements for Solid-State Lighting Luminaires[R/OL]. http://www.drintl.com/temp/ENERGYSTAR_SSLCriteria_V1_1.pdf [5]6W single-output VIPer17 demonstration board[R/OL]. http://www.st.com/stonline/products/literature/an/14654.htm 作者：韓浩 意法半導體 應用工程師 來源:電子產品世界 時間：2010-04-16 |
