另一个考量则是隔离的安全性,对于不容易更换的区域照明源,事实上非隔离的设计相当常见,非隔离设计的主要优点是以成本较低的电感器来取代笨重的变压器。驱动LED的实际需求考虑也相当重要,虽然LED需要定电流驱动,但这个电流却不一定需要是纯直流,因此也可以以脉波式直流波形来推动,只要平均和最大电流值符合LED本身所指定的电流规范即可。
因此,我们可以使用安森美半导体的NCP1216控制芯片搭配上一个高功率MOSFET、一颗电感以及少数外接无源器件,在一个单功率级电路上实现一个简单高能效的PFC和定电流转换器,由于输出通常不需滤除100/120Hz主电源的频率成份,因此可以不需在电路中使用大型电解电容,这不仅可以缩小电路尺寸,还能改善整体电源的可靠度,以下为相关电路的电路图。
图一:115Vac,350mA配置的电路设计图。
这个电路图显示非隔离转换器电路的最基本实现方式,是一个将交流电源以D1到D4进行整流,接着通过电感器L1、MOSFET-Q1、输出电容C4以及控制器所组成降压转换电路。在这个90到135Vac输入的特定电路中,由并行电流传感电阻R4、积分电路R6和C6以及光电耦合器所组成的简单反馈网络可以让这个电路以定电流输出模式运作。
通常在非隔离式设计中并不需要光电耦合器,但在这里用它来对LED串顶端的电流传感信号进行移位处理,这个电路的特殊实现方式使得它能够提供高功率因数和定电流输出,降压输入电容C2,通常又称为降压电容则必须对输入桥式整流电路上所出现的120Hz全波整流波形拥有高阻抗,否则功率因数就会如电容式输入滤波器一样出现大幅劣化的情况,这个电容的典型值大约在0.1μF到0.47μF的范围,主要依电路的目标输出功率而定。
L1的电感值要够低,以便让降压式转换器可以在非连续导电模式下运作,这对电路的高功率因数相当重要。在非连续导电模式中,C4的值也可以相当小,大约在1到5μF,原因是它只需用来滤除电流波形中的高频开关成份,应该采用低ESR的聚丙烯薄膜电容。
图二:输入电压和电流波形。
图三:功率因数和电流调节相对于LED顺向电压的关系。
Vin=115Vac
由以上可以看出,安森美半导体已经开发出了可以用来驱动LED阵列的优化高功率因数单级LED驱动电路,虽然例子中的电路的工作电压是115Vac,但是我们可以更改器件的数值来满足230Vac的应用,驱动LED数量将可以倍增。
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