基于MP4021的LED照明驱动电源设计

2020-09-22 13:48字体:
  

  (LED)照明驱动电源把握芯片MP4021的任务道理,通过与古代的L6562+恒流反应芯片计划实行比照可知,MP4021把握的LED驱动电源具有高功率因数和低本钱上风,并安排出一种基于MP4021的高功率因数LED驱动电源电道。仔细先容了芯片内部的(PFC)电道道理和紧要的参数安排,并历程试验验证该电源电道能杀青较高的功率因数,且能高效褂讪地运转。

  近年来,跟着环球性的境况污染和能源缺少题目的日益非常,人类对付环保以及如何满盈运用能源的认识越来越强。LED以其高效节能、无汞迫害、寿命长、尺寸小等所长推进照明规模进入了一个新纪元。同时LED也因半导体工业的本钱低落而受益,使得LED驱动电道的商量成为热门。MP4021是一款特意针对LED安排的电源驱动芯片,它集成PFC,与古代操纵于PFC电道的把握芯片L6562比拟,既能知足LED亮度调动的央浼,又能杀青PFC。

  正在此安排了一款基于MP4021芯片的LED驱动电源电道,该电源电道为单级PFC电道,相对付两级PFC电道,所用器件少,本钱低,损耗低,

  尺寸小,实用于中小功率LED照明,具有高性价比和高牢靠性。历程试验证据基于MP4021芯片的LED驱动电源具有很高的适用性。

  所安排的驱动电源电道紧要分为电磁滋扰(EMI)滤波电道、PFC电道、DC/DC变换器3局部。电道中采用MP4021动作电源驱动芯片,应用反激变换器来杀青DC/DC转换。该电道不光可杀青高功率因数,况且还能很好地将前级与后级分隔,是一款功用较高的适用型电道。

  目前墟市上操纵于PFC电道最广泛的芯片是L6562,许众工程师安排的驱动电源是连合L6562和Boost拓扑布局来杀青PFC。而MP4021是一款特意针对LED驱动安排的芯片,集成PFC,只需纯洁的外围电道安排即可杀青对输出电流的把握和高功率因数。L6562的引脚、操纵电道的任务道理以及试验波形详睹文献。

  MP4021特意针对LED而安排,集成PFC,功率因数很高。任务正在临界导通形式,低落了开闭管的开闭损耗;省去光耦和相干电道,低落了本钱;采用奇特的开闭管把握本事,对开闭管和疾规复二极管的央浼大大低落,与少少必需选取高贵开闭管和二极管的计划比拟,能进一步节约本钱;功用正在80%以上、全电压输入,电流精度正在1.5%内。MP4021采用SOIC8封装,芯片引脚有:引脚1为内部乘法器输入引脚MULT;引脚2为零电流检测引脚ZCD;引脚3为电源电压引脚VCC;引脚4为栅极驱动引脚GATE;引脚5为电流检测引脚CS;引脚6为接地引脚GND;引脚7为反应信号引脚FB,给该引脚悬空(NC)以杀青低级把握;引脚8为环道储积引脚COMP。

  L6562是杀青PFC的把握器,要念抵达央浼还需安排繁杂的外围电道,而MP4021是一款内置PFC的芯片。与L6562比拟,MP4021可杀青真正的电流把握,无需二次反应电道;功率因数不小于0.9,抢先了通用输入电压;还可杀青短道爱惜及过温爱惜。另日几年内,MP4021等单级高功率因数把握芯片必将会依附其奇特上风攻克LED驱动电源的墟市,成为主流芯片。

  古代电源电道是采用桥式整流和正在整流桥后加一个大容量滤波电解电容构成的电容输入型电道,其功率因数较低,凡是正在0.55~0.65。因为桥式整流和电容滤波电道执掌后的电流含有充分的谐波,导致电流波形告急失线所示,线道功率因数告急低重。为进步功率因数,低落电网谐波污染,进步电网输送才能,必需采用PFC。

  PFC现实上是对输入电流整形使其尽也许正弦化,同时改良电源编制的输入阻抗,使之尽量呈电阻性,抵达基波电流与电压同频同相。

  内置的PFC电道,使低级电感绕组任务正在临界电流形式,图2为临界形式下的任务道理波形。

  下面推导PFC的任务道理。开闭管导通时,变压器低级线圈电感Lp上的压降等于整流后的输入电压Uin,即:

  芯片引脚1对输入线电压实行采样,动作芯片内部乘法器的一个输入端,该引脚相联到从整流后线电压到地之间的电阻分压器的抽头,乘法器输出的信号将是一个与输入电压同频同相的正弦半波信号uref,该正弦信号为变压器低级峰值电流IL供应了参考信号。开闭管的电流畅过感测电阻器RCS,爆发的电压uCS与uref斗劲以确定开闭管的闭断光阴。因为偏差放大器的频带宽度得到较低,是以稳态时Ton连结恒定。当外部开闭管闭断时,IL不行突变,反激变换器将低级的能量向次级传达,存储正在电感中的能量强迫次级二极管导通,然后电感电流起首从峰值线性裁汰到零。于是,△i老是等于其峰值巨细ipk(t),如图2所示。正在临界电流形式时,开闭管一个开闭周期内,Ton和闭断时代Toff分袂为:

  式中:Ls为线圈次级电感,Ls=Lp/N2,N为变压器初、次级匝数比;Uo为输出电压。

  因为电感电流与输入电流iin(t)相像,可得电感电流瞬时均匀值iav(t)与ipk(t)的闭联为:

  由式(4)可知iav(t)与ipk(t)成正比,由此杀青IL的蜕变波形能很好田主动跟踪输入电压波形,抵达PFC的主意。

  鉴于MP4021芯片的优秀机能,安排了一款基于MP4021的LED驱动电源电道,如图3所示。主电道正在整流桥前端加一个电源滤波电道,以有用抑遏来自电网的噪声,同时知足电源产物电磁兼容性的央浼。接通电源后,来自电网的换取电压历程滤波器然后实行全桥整流,整流输出的是正弦半波直流脉动电压,且电流波形中含有充分的谐波。所安排的驱动电源电道采用MP4021动作驱动电源芯片,与古代采用L6562+恒流芯片的计划比拟具备编制本钱上风,外围电道也更纯洁。

  最初,芯片引脚3通过启动电阻R1充电,当电压抵达12 V时,逻辑把握电道任务且栅极驱动信号起首切换,然后平常任务时芯片由辅助绕组不绝供电。芯片引脚4输出PWM脉冲来把握MOSFET的通断。当MOSFET导通时,低级电感电流线性扩展,流经RCS,通过引脚5与正弦参考电压实行斗劲,当uCS抵达正弦幅值时,MOSFET闭断。当MOSFET闭断时,低级电感的极性就会翻转,低级积蓄的能量通过次级绕组和二极管整流,并经滤波电容,然后为LED供电。

  MP4021可把握来自低级的次级电流,通过采样电阻将低级的电流信号转化为电压信号,然后将其反应到芯片的内部,调治对MOSFET栅极的脉冲占空比来杀青恒流把握。

  现实试验时,搭修了一款基于MP4021的8 WLED灯胆电源驱动器,输入电压鸿沟:85~265 V,输出LED电压Uo=16 V,电流Io=0.5 A,功率Po=8 W。以下给出局部紧张参数的谋略和选取本领。

  ①匝数比N、低级MOSFET和次级整流二极管的选取:由样板低级MOSFET的漏源电压和次级整流二极管的电压波形可知,低级MOSFET漏源额定电压为:

  时,电感电流任务频率为最小值,这里修设最小频率fs_min=45 kHz,则有:

  先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有用截面积AE的乘积AP,然后遵照AP值,查外寻找所需磁性原料的编号。

  式中:Ipk_max为最大峰值电流;Ims_max为LP的最大有用电流;Bmax为允诺的最大磁通密度;Ku为一个离线变压器绕组系数;Ki为电流密度系数。

  仔细先容了目前斗劲广博采用的用于LED照明单级反激拓扑布局的高功率因数杀青把握芯片MP4021,并与古代的把握芯片L6562实行了比照理解,给出了操纵MP4021正在8 W LED照明的驱动电源安排实例。测试结果注明,整机功用抵达0.83,功率因数值正在180 V时为0.96,正在220 V时为0.95,正在240 V时为0.936。

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