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H桥为LED照明铺新路

作者:时间:2013-09-04来源:网络收藏

H桥是一种以用户定义方式驱动直流电机的经典电路,如正/反方向或通过四个分立/集成开关或机电继电器的PWM辅助的RPM。它广泛应用于机器与功率电子中。本设计实例是该技术的一种全新的实现方法,能以全波限流模式,从交流电源直接驱动白光阵列,从而实现一种无闪烁、高能效的固态照明灯。电路会在激励电压的正、负偏移期间,采用交替电开关工作方式,将激励电压的负半周和正半周内的激励电流并维持在一个恒定的水平。这种方法可对交流电压做电流的整流,使之成为串联的直流供电电压,有干净几乎无纹波的电流,大大改进了功率因数。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/174744.htm

原理见图1,晶体管Q1、Q3和Q5与二极管D4,还有晶体管Q2、Q4和Q6与二极管D3均配置为串联的压控电流开关,构成H桥的两个臂;二极管D1和D2构成桥的另外两个臂。LED串连接在桥的中点之间,两个点分别叫VLED+和VLEDGND。交流电通过一个限流PTC电阻R5、串联电容C4和C5(构成一只无极性电容CEFF),以及电感L1施加到电路上。同样,主交流电的中性线通过电感L2连接到电路的大地。

在正半周内,交流电源总线相对大地为正,晶体管Q1通过电阻R1获得适当的基极偏置。电流流经二极管D4、晶体管Q1,以及电阻R3,如箭头A1所示,然后流过由12只中功率LED(LED1~LED12)构成的LED串,通过二极管D2进入大地,如箭头A2所示。同样,在负半周时,交流电源总线相对大地为负,晶体管Q2通过电阻R2获得基极偏置。电流流经二极管D3、晶体管Q2,以及电阻R4,如箭头A3所示,然后流过LED串,通过二极管D1进入交流电源总线,如箭头A4所示。这样,在一个完整周期内,电流以相同方向流过LED串,获得了一个全波整流桥的效果。不过,电流ILED的幅度保持恒定,因为受到了作为压控电流源的相应开关的调节。

由于晶体管Q3和Q4的基射结分别连接在电流检测电阻R3和R4上,当R3和R4上的压降上升到Q3和Q4的基射电压以上时,两个晶体管导通。在这个点,Q1和Q2的基极均被拉低,扰乱了在相应交流电源半周内通过它们的电流。流过晶体管的电流以这种方式保持恒定,永远不会超过某个阈值,这个阈值通过选择R3和R4的值进行设置。Q5和Q6将Q1和Q2的基极电流限制在一个安全值(大约为150μA),确保它们永远不会过驱。当Q1和Q2各自基射电压超过了分别与R1和R2串联的R6和R8上的压降时,Q1和Q2基极电流的相当大部分通过Q5和Q6,被分流给R3和R4。

进入总线的交流电流幅度受到主频率下CEFF电抗(1/2πfCEFF)的限制,可以通过选择C4和C5而改变,两只电容构成一个无极性电容。电路也可以由一个阻性电源驱动,方法是用一个50Ω~200Ω的合适大功率电阻代替CEFF。这样有助于获得出色的功率因数,但付出的代价是限流电阻有非常大的功耗。可以根据所需要恒流水平,适当选择R3和R4。D5为LED串提供高反压保护,而R5限制了上电时的浪涌电流。电感L1和L2与电容C1帮助尽量减少EMI/RFI,同时提高功率因数。可以与交流电源并排插一个金属氧化物压敏变阻器,以保护电路不发生瞬变。

电路中的12只0.5W的LED在120mAdc(135mARMS)下工作,而相应的电流检测电阻R3和R4选为1Ω。不过,LED的数量可以增加到18只,只要LED串上施加的电压超过单只LED正向电压之和(白光LED的正向电压在3.3V~4V范围内变化)。LED上的电压是自限的(本例中,大约是42V),不需要任何额外的调节,因为当工作在正偏模式时,串联LED的行为就像大功率齐纳二极管。电路在230V交流电源下消耗功率为11.5W,功率因数为0.93,LED上没有任何闪烁现象。可以选择在VLED+和VLEDGND之间连接一只220μF的电容C2,进一步抑制纹波,见图2。另外,可以用六个并联LED串取代现有灯串,每一串上有12只~18只标称20mA的高亮度LED。晶体管Q1和Q2必须装有散热片,以避免热失控。



关键词: 控制 LED

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