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驱动LED的CFL镇流器IC

发布时间:2008/9/2 0:00:00 访问次数:530

  设计者用 cfl(紧凑式荧光灯)中的镇流器ic(如国际整流器公司的ir53hd420)来加热灯丝、点亮灯泡,为电灯提供电流(参考文献1)。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。

  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。

  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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  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。

  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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