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兩種降壓升壓電路 - LED照明效能提升方法

2011年11月15日 10:28 本站整理 作者:秩名 用戶評論(0
圖2顯示兩種降壓升壓電路,可在輸入電壓可能大于或小于輸出電壓的情形下使用。這些電路與前述兩種降壓拓撲有相同的折沖特點,與電流偵測電阻與門極驅動的位置有關。圖2的降壓升壓拓撲,顯示接地參考的閘極驅動。此拓撲需要位準移位電流偵測訊號,不過反向的升壓降壓拓撲則具有接地參考的電流偵測及位準移位閘極驅動。如果控制IC與負輸出有關,且電流偵測電阻與LED進行交換,即可利用有效的方式配置反向升壓降壓拓撲。只要適當控制IC,即可直接測量輸出電流,也可以直接驅動MOSFET。

  

升壓拓撲中的輸入電壓

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  圖2 降壓升壓拓撲中的輸入電壓,可大于或小于輸出電壓

  降壓升壓的拓撲方式電流相對較高,舉例來說,如果輸入及輸出電壓相同,電感及電源開關電流是輸出電流的兩倍以上,這對效能及功率消耗會造成負面影響。圖3的「升壓或降壓」拓撲可減輕這些問題,在此電路中會有一個升壓功率級,之后則有一個降壓功率級。如果輸入電壓高于輸出電壓,升壓功率級就會提供電壓調節,而降壓功率級則只傳遞功率。如果輸入電壓低于輸出電壓,則降壓功率級提供電壓調節,升壓功率級傳遞功率。通常降壓及升壓的運作,會有一些重迭的時間,因此在變換模式時不會出現死區(Dead-band)。

  

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  圖3 降壓或升壓及SEPIC拓撲提供較高的效能

  如果輸入與輸出電壓幾乎相同,則此電路所擁有的有利條件,就是開關與電感電流幾乎等于輸出電流,電感鏈波電流也會有較少的傾向。即使此電路中有四個功率開關,通常仍有顯著的效能增進現象,這是電池應用的關鍵所在。圖3所顯示的SEPIC拓撲所需的FET較少,但是需要更多被動組件。SEPIC拓撲的優勢,在于簡易的接地參考FET及控制電路。此外,雙通道電感可以結合為單耦合電感,節省面積與成本。不過和降壓升壓拓撲一樣,SEPIC拓撲的開關電流較「降壓或升壓」及脈沖輸出電流為高,需要能處理大量RMS電流的電容器

  基于安全考慮,可能會規定在脫機電壓及輸出電壓之間進行隔離。此應用方式下,最節省成本的解決方法就是使用返馳轉換器(圖4),在所有的隔離拓撲中,這種作法所需要的組件數量最少。變壓器匝數比可用來對輸出電壓進行降壓、升壓或降壓升壓,設計彈性很大,不過缺點在于電源變壓器基本上是訂制組件。此外,在FET以及輸入和輸出電容器中,也會有高組件應力的情形出現。應用固定燈光時,可以使用「慢速」的回饋控制循環,調節LED電流與輸入電壓同相位的情形,進行功率因子校正(PFC)。這樣可以調節所需的平均LED電流,并能調節輸入電流與輸入電壓同相位的情形,以提供高功率因子。

  

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  圖4 返馳拓撲可以提供隔離及功率因子校正

  LED調光技術 藉PWM降低亮度較佳

  LED常須要調光,舉例來說,有時可能須要調整顯示亮度或是建筑照明。有兩種方式可以達到這個目標,一是降低LED電流,二是快速開關LED讓肉眼平均其亮度。效果最差的方法就是降低電流,因為燈光輸出與電流之間并不是完全的線性關系。此外,LED的顏色光譜在電流低于最大額定值時,會有偏移的傾向。人類對亮度的察覺是一種指數關系,因此如果要調整亮度,可能須要大幅度改變電流,這對電路設計的影響甚大。因為在最大電流下3%的調節錯誤,可能會因為電路容忍度,在10%的負載時出現30%以上的錯誤。藉由脈沖寬度調變(PWM)影響電流而降低亮度,是比較正確的作法,不過仍然有反應速度的問題。在照明或顯示時,須要使用100Hz以上的脈沖寬度調節,人類眼睛才不會察覺到閃爍的情形。10%的脈沖寬度是在毫秒范圍之中,因此電源供應的帶寬需要大于10kHz。

  

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( 發表人:小蘭 )

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