让LED灯符合EMC及电能质量标准要求

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  引言
  作为白炽灯的替换品,LED灯近年来才开始推出市场,但却面临着诸多难题(difficulty)。led台灯又称固态照明,作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术,具有节能、环保、安全可靠的特点,固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源,代表照明技术的未来。发展新固态照明,不仅是照明领域的革命,而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。由于将LED功率驱动电路装入标准灯壳具有难度,因此早期的一些LED灯并没有内部滤波器,也就谈不上符合 EMC 标准。而且,其中很多的LED灯都采用了低效能的电容降压式电源(向电子设备提供功率的装置),而不是开关式镇流器。这种方法可造成AC市电电流不平衡,因而导致(使产生,促成)某些设备的电能质量问题。同时符合EMC法规和电能质量标准是非常重要的问题,必须引起重视。
  本文将先容一种基于LinkSwitch-TN系列小型SO-8封装电源IC的电子(Electron)镇流器,该方案符合标准灯壳空间限制要求(demand)以及EN55022A EMI标准。
  设计目标
  本设计用于为一串额定电流为300 mA的三个HB LED供电。在正常工作情况下,输(shū)出电压(voltage)被串联LED的正向压降箝位在约9.5 VDC,但该电路必须达到12 VDC,以便为二极管的性能(xìng néng)变化留出余地。其拓扑结构为开关式恒流离线式降压稳压器,能够在整个85至265 VAC通用输入范围内和47至64 Hz的线电压频率下进行工作。其它设计目标包括高效能、低成本及符合EN55022A EMI要求。该设计可以集成到标准灯壳中,非常便于替换现有的灯泡。而且,还可以利用设计工具和应用程序辅助完成该设计,以尽可能缩短新的HB LED灯的上市时间。
  EMI符合性考量
  由于空间和成本限制,市场上有很多LED灯其设计并不符合传导EMI规范。但本文中的设计利用了集成到PI的LinkSwitch-TN功率转换IC中的频率调制特性(characteristic),因此可以使用体积更小的EMI滤波器。
  方案细节
  PI的LinkSwitch-TN LNK306DN集成(jí chéng)功率转换IC中含有一个完全集成的700 V功率MOSFET,因而无需外部电源(向电子设备提供功率的装置)器件。离线式非隔离(gé lí)降压拓扑结构可以在连续(Continuity)导通模式下以66 KHz的最大频率(frequency)进行工作。该频率采用4 kHz的峰峰值频率抖动进行调制,可以简化对EMI滤波器的设计要求。虽然本设计采用了降压拓扑结构,但这种IC还可以配置(dispose)为降压-升压转换器。而非常关键的一点是,LinkSwitch-TN LNK306DN采用了小型SO-8封装,这对于此应用的结构设计而言是个很大的优势。
  转换器和EMI滤波器的设计原理如1所示。根据电流检测(检查并测试)电阻器R8和R10之间的压降,电流控制(control)环路被设置为所需的恒定电流值。虽然标准设计支撑的是300 mA的电流,但仍可以轻易适应最高360 mA的输出电流。Q1和Q2可以放大检测到的压降,以便使用电阻较低的电流检测电阻器来最大程度地降低功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)耗散。EMI滤波器采用pi拓扑结构,并含有一个可熔阻止燃烧电阻RF1,以用于过载保护。
1  转换器与EMI滤波器电路
  设计(Design)转换器和EMI滤波器时只需要25个器件,完全不需要PCB和连接器件。led台灯又称固态照明,作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术,具有节能、环保、安全可靠的特点,固态光源是被业界看好的未来十年替换传统照明器具极具潜力的新型光源,代表照明技术的未来。发展新固态照明,不仅是照明领域的革命,而且符合当前政府提出的“建设资源节约型和环境友好型社会”的要求。在参考材料(Material)中可以找到有关该设计的完整元件列表。
  该应用的电气设计对于这款成熟的功率转换(conversion)IC而言,显得相当陈旧。最大的挑战是结构设计,特别是将转换器和EMI滤波器都集成到标准灯壳的设计。然而,该设计正好能装入Edison螺口灯座和卤素灯卡口灯座。
  早在设计之初,大家便清楚:如果圆形PCB大得能够容纳所有转换器和EMI滤波器元件的话,它就无法装入灯座中。因此大家决定将设计划分为两个圆形PCB,一个用于转换器电路,另一个用于EMI滤波器。转换器电路板(Printed Circuit Board)的最终直径为19.66 mm,而EMI滤波器的最终直径则为16.91 mm。这些电路板然后进行叠加,并与离散布线互连完成装配(assemble)。
2  结构封装挑战
  虽然该设计(Design)具有功能性,但仍存在传导辐射问题。由于两个PCB比较接近,开关电流会从转换器电路板(Printed Circuit Board)耦合到EMI滤波器电路板,从而降低EMI滤波器的性能(xìng néng)。通过在这两个电路板之间放置“屏蔽”PCB,这一问题便得以解决。而第三个电路板只是一层铜,并无电路。它被电气连接到EMI滤波器负输出端与转换器负输入端的接合处。这样,总装便由三个叠加在一起的圆形电路板组成。增加第三个电路板既简单又节省成本,不但解决了耦合问题,还达到了EMI性能要求。
  性能
  本参考设计可满足各种设计目标。如果采用120 VAC的标称输入电压,电路效率将会超过62%。输入电压为220/240 VAC时,效率将超过56%。根据EN55022A限制,采用准峰值和平均读数在输入电压为115 VAC和230 VAC时表现出传导EMI特征(character)。在最差条件下,当输入电压配置为230 VAC时,此电路可通过标准并有7 dB的电压。当输入电压为115 VAC时,裕值更高。
3  在230 VAC最差情况下符合EN55022A标准
  结语
  尽管存在一定的物理(physics)性限制,但是,以具有成本效益的方式方法将高性能HB LED灯的电子镇流器集成到标准灯壳中是完全有可能的,并仍可符合EMI法规和电能质量标准。led灯发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。此外,应用指南、设计工具以及新推出的LED照明应用站点都可以为设计提供广泛的支撑。
 
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