多路LED驱动电源技术关键技术解析

  作为LED 照明产业链中最为核心的部件之一,LED 驱动电源的驱动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。对于多路LED 驱动电源技术的开发与可靠性研究是当前业界的一个重要课题。

  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。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。

  在中大功率应用场合,作为前级有源PFC 电路,BOOST升压电路是最常用的拓扑。

  由于PFC 电路通过整流电路直接与电网相连,因此电网里的浪涌或是雷击等因素容易造成PFC 电路故障。当PFC 电路故障时,容易造成后级负载不能正常工作,可分为以下两种情况:第一种情况,后级负载因PFC 电路的故障而断电造成不能工作;第二种情况,虽PFC 电路故障但仍能提供电流通路时,由于PFC 电路故障使得其输出电压不再稳定,而是跟随电网的波动而变化,造成负载上的电压纹波过大,造成负载的工作性能差,比如效率降低。

  如何保证PFC 电路损坏后,还能保证后级电路正常工作,是该技术解决的主要问题。如下图9,在PFC电路的输出串联一个PFC备份电路,当PFC电路正常工作时,PFC 电路用来实现功率因数校正功能,PFC 备份电路仅用于提供电流通路;当PFC 电路故障时,PFC 电路仅用于提供电流通路,PFC 备份电路用来稳定输出电压。这样PFC 电路和PFC 备份电路可以有条件地交替工作,保证驱动系统的可靠性。

  从LED 照明的可靠性及成本来看,多路驱动的模块化LED 灯具将成为未来LED 照明的趋势。目前国内外各研究机构和生产企业进行多路LED驱动电源技术开发,主要是基于新型正反激组合变换器LED 驱动电源研究,采用电压型变频控制,三级变换器电路均工作在临界模式,此技术可以提高驱动电源的可靠性,但是电路复杂,成本较高。本研究项目关键技术主要创新点在于:

  (1)突破传统三级变换实现LED 的多路驱动思路,采用两级变换实现对LED 的多路驱动。利用谐振电容参与主电路的谐振变换特性,改善了变换器的动态响应速度,减小变换器起机等动态条件下对LED 负载的冲击电流,提高驱动的可靠性。同时利用谐振电容实现对多路输出负载电流的均衡,实现了多路输出间高精度的均流特性,具有成本低、体积小、效率高等特点。新型的电路拓扑,解决了多路驱动电路开路及短路保护问题,任何一路损坏保证其它路输出正常,最大限度保证了电路的可靠性。同时保护电路对LED 负载没有任何冲击电流,进一步提高电路的可靠性,降低成本。

  (2)提出新型的单开关正反激多路输出电路,主电路原边只有一个开关管即可以实现变压器副边多路输出的均流控制,进一步降低了电路成本;由于主变压器实现双向利用,减小变压器体积,提高效率;副边的均流电容不仅实现了多路输出的均流控制,同时和均流电感形成谐振回路,从而实现副边整流二极管的零电流开关状态,降低二极管反向恢复损耗,减少电磁干扰,进一步提高效率。

  (3)提出PFC 电路的备份思路,前级PFC 电路做了PFC 备份电路,有效解决了现有技术中当PFC 电路故障时易造成后继电路不能正常工作的问题,且保证了后级负载的工作性能不会受PFC电路故障的影响,进一步保证驱动系统的可靠性。

  本文研究的多路LED 驱动电源关键技术,采用两级变换实现LED 多路驱动,通过单开关正反激多路输出电路,只用一个开关管实现多输出均流,采用PFC 电路备份,已完成专利申请,产品主要技术指标:1.多路输出效率:>0. 92(室温下);2.多路输出均流度:≤5%(室温下);3.功率因数:>0. 98(室温下,在输入电压为110Vac 时) 4.防水等级:IP67; 5.环境温度:-30 ~70℃。

您可能还会对下面的文章感兴趣: