随着LED照明应用广泛,所以为了有健康舒适的照明环境,法规对LED灯具性能要求也越来越严格;在LED灯具初级阶段,为了满足PF与THD,考虑成本,室内照明大部分架构采用单级PFC,所以工频纹波很大,采用手机拍摄有明显看到水纹波,而此频闪对人体产生的影响也逐步引起的重视。为了满足无频闪要求,最初都是输出通过加去频闪电路,但此电路弊端就是损耗效率,输出电流越大,损耗越大,导致应用上的限制;另外若采用PFC+反激两级式电路,可以满足高PF与低纹波,但成本高;相对前面两种架构,PSR CV+DC-DC这种架构应用而生,在既可以满足高PF与低纹波情况下,成本上也介于二者之间,而随着智能照明的兴起,此设计优势更加明显,主要原因是待机时调光模块供电及同时可支持多路DC-DC输出(如图一)
图一 PSR CV+DC-DC(MCU Dimming Control)
近期欧盟也因应智能调光的广泛也发布了新版谐波电流发射标准EN IEC 61000-3-2:2019,欧洲电工标准化委员会(CENCLEC)网站最新信息,該版本最快将于2022年3月1日替代目前使用的版本IEC 61000-3-2:2014。其主要是照明设备要求有较大的差异,此标准适用于连接到公用电力系统的每相额定输入电流不大于16A的设备,与旧版标准相比,标准中主要变化如下: 1. 更新额定功率≤25W的照明设备的谐波电流发射限值,以考虑新型照明设备 2. 增加5W分界线,照明设备小于5W无谐波电流发射限值 近年来随着智能照明系统兴起,光源可以进行调光调色,从而新标准规定了5W≤P≤25W照明设备需要增加谐波电流测试,涵括产品类别非常广泛,包括橱柜灯,球泡灯,调光型小夜灯等小功率的LED灯具。 通嘉PSR CV方案-LD7841 通嘉开发了新一代高功率因数原边反馈恒压方案LD7841,它采用变化导通时间及限频操作模式,使系統輕易達到相關要求;输出电压采用原边回授并做膝点取样,让输出电压更加精准;為了全电压范围开机时间小于0.5秒要求, 内置高压启动及采用软启动逻辑,使输出电压开机期间无过冲现象;新型THD补偿机制及导通时间監控,使系统能维持高功因(PF>0.9)及低电流谐波(THD<20%)并维持待机时功耗小于0.5W等电气要求;另外, LD7841具有完善的保护功能,包括BNI/BNO, VCC OVP, FB OVP, OLP, OSCP, SDSP..等,典型应用如下: 图二 典型应用
基本原理
1. 功率因素校正原理 LD7841系列产品采用变动Ton及限频的电压控制模式,电感电流为边界连续导通模式(BCM)及连续导通模式(DCM) 整合,让电流峰值追随输入电压,原边峰值电流和副边峰值电流包络都为正弦波,原边电流的波形为断续的锯齿波,经输入滤波器滤除高频分量后,其平均电流为近似正弦的波形,已达到高功率因子及减少电流奇次谐波。 2.原边恒压原理 芯片内部检测退磁时刻的VFB电压,经过采样和保持(S&H)以后,再与芯片内部的3.5V基准电压VREF进行误差放大,控制MOS的导通时间,从而控制输出电压。当MOS关断时,辅助绕组的电压为: LD7841为原边回授控制定电压输出之PWM IC,为专门适用于照明或高功因系统应用之ACDC电源方案,主要藉由侦测输入瞬时电压值的变化进行IC内部参数调整,让系统容易满足高功因、低谐波、低待机损耗之要求。参考通嘉典型设计系统可观察到当输入115/230Vac电压且于半载(50% load) 操作时,其功率因子高于0.90, 总电流谐波电流低于10%, 待机功耗低于200mW, 效率高于90%。 LD7841是款SOIC-7/8封装且简化IC周边组件数量的IC,让开发智能照明驱动电源在缩小体积及降低成本有能符合智能照明相关产品的新版法规要求。 LD7841具体效能表现,藉由采用变动导通时间(VOT)及限频操作模式(QR+DCR) 的新型升降压型电源架构操作技术达到照明特别要求功率因子(Power factor)及电流谐波标准(THC),另外当输入电压、输出功率不同情况能主动切换最佳操作模式已使其系统效率及待机功耗表现达到优化及符合最严峻的新能源法规。此外, 在抑制功率开关组件应力与EMI方面也加入了电磁干扰(EMI) 优化对策,提供研发人员在电磁兼容(EMC)设计上能够更为简单。 LD7841坚持通嘉一贯高质量、高性能的传统,提供全面且完整性的保护机制,包含过功率保护、输出二极管短路保护、输出过/欠电压(OVP/UVP)、过温度(OTP) 、输入欠电压(BNO) 、过电流、IC过电压、输入过电压….等保护功能机制。除此之外,更加入启动系统前判断是否有外在因素下的异常或故障来确保使用者安全上的顾忌。
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