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深入解析CFL镇流器IC驱动LED应用电路

导读: 通常情况下,这个方波电压连接到串联的CFL灯管和限流电感L1(图1)。加上一只并联电容并使用LC谐振器,就可以加热、点亮灯管,并为之提供电流。这种方案可以正常工作,因为CFL管在关闭时有高阻抗,而在工作时有低阻抗。

  驱动CFL镇流器电路

  设计者用CFL中的镇流器IC来加热灯丝、点亮灯泡,为电灯提供电流。制造商大量生产这些IC,它们的价格大约为2美元。本设计实例是如何用CFL镇流器IC驱动LED,而不是驱动CFL。镇流器IC基本上就是一个用于脱机运行的自振半桥。它通常工作在320VDC,其功率大致相当于 230VAC主整流器或一个120V的倍压器。IC产生一个振幅为320Vp-p的方波电压,频率为数十千赫兹。

  深入解析CFL镇流器IC驱动LED应用电路

  通常情况下,这个方波电压连接到串联的CFL灯管和限流电感L1(图1)。加上一只并联电容并使用LC谐振器,就可以加热、点亮灯管,并为之提供电流。这种方案可以正常工作,因为CFL管在关闭时有高阻抗,而在工作时有低阻抗。灯管的电压一般是150Vp-p。将数只LED串联,然后连接到一个桥式整流器上,就可以模仿一个CFL,至少是在点亮状态。对关闭状态的模仿不太重要,因为LED不需要点火过程。对于给出的RT和CT值,整流桥运行在70kHz。电路可为64只LED提供大约80mA电流。在机器视觉系统中,红外LED用于照亮CCD相机的视场。本电路的原型使用了从一只损坏的CFL上拆下的2.7mH电感。

  LED电流由直流电流和一个小的纹波电流构成;为获得LED的高效率和长寿命,要保持纹波电流尽量低。LED制造商通常要求数个百分点的值。这样低纹波电流可能用一只电解电容C5难以实现,如额外并联一只金属箔电容C4就足以应付多数情况下的运行。LED整流器输入端的电压在一个振荡周期内基本稳定,因此电感电流为一个三角波形状,这有利于EMC(电磁兼容)。LED平均电流的公式为:ILEDAVG=(1/2×VDC-N×VFLED)/(4×f×L1),其中VDC是供电电压,N是串联的LED数量,VFLED是LED的正向电压,f是振荡频率,而L1是限流电感的值。

  尽管图1的电路能很好地工作,但它也有某些不足,图2中的电路通过增加C6、D5、D6和T1作补充,T1绕在一个EPCOS EP13线圈架上,它采用T38材料的无隙EP13骨架,电感为7000nH。初级绕组和次级绕组均用0.2mm线绕90匝,次级绕组绕在初级绕组的上面。杂散电感在这种情况下并不重要,初级绕组和次级绕组的电感值均为50mH。图2电路比图1电路有一些优点,例如,图1中镇流IC的供电电流必须流经R1,再进入IR53HD420,此时它被箝位在15.6V。在高于6mA供电电流时,R1功耗超过2W。在图2中,R1可以取更高的值,因为它只要提供一个小的启动电流。启动以后,一个由C6、D5和D6组成的电荷泵为VCC提供充足的电流,使内部齐纳二极管箝位到15.6V。电荷泵的设计公式为ISUPPLY(AVG)=f×C62×VDC-15.6V。R1的功耗可稳定在0.25W以下。

  深入解析CFL镇流器IC驱动LED应用电路

  另外,图1 中LED的总正向电压必须小于供电电压的一半。对图2中的电路,通过调整变压器绕组比,可以根据需要尽可能多地连接LED,只要不超过元件的额定值(LED电压甚至可以高于VDC)。图1电路有一个不太明显的问题,即整流桥的全电压摆幅出现在LED串的两端。当所有LED均靠近整流桥时,这种情况不会造成问题。但是,在很多照明设备中,希望将LED与电子设备分离开来。由于存在杂散电容,这种方法会造成从LED到地之间的高容性电流,影响效率并产生EMC问题。采用图2的变压器,可以将LED串的任一端直接接地,或通过电容接地。现在,就可以使用长电缆,方便地将LED与电子设备分离开来。

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