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目前无电解电容LED驱动方案中输出功率的测量

发布时间:2021-07-14 05:52:16 阅读: 来源:夯管锤厂家

无电解电容LED驱动方案中输出功率的测量

LED灯珠作为一个半导体器件,其寿命长达50,000小时若不关电源请注意安全(观测窗选用)以上。而LED照明驱动方案中普遍用到电解电容,其寿命则仅为5,000~10,000小时。这样电解电容的短寿命与LED灯珠的长寿命之间有一个巨大的差距,削弱了LED的优势。因而无电解电容LED驱动解决方案受到市场青睐。

美芯晟科技推出了基于MT7920的无电解电容LED驱动解决方案(见图1)。在该方案中,在全桥堆之后,采用容值较小的CBB高压陶瓷电容或薄膜电容取代了高压电解电容,去掉了电解电容,同时也提高了功率因子(PFC,在85VAC~265VAC范围可以全程高于0.9)。而输出电容C8和C9可以用陶瓷电容替代电解电容。从而实现了完全无电解电容。

图1、基于MT7920的隔离LED驱动方案

* 当输出电容C8、C9采用470?F电解电容,驱动6颗LED时,测量结果如下:

输入电压Vin = 220VAC,输入功率Pin = 7.54W

输出电压Vo = 19.33V (万用表读数)

输出电流Io = 327mA (万用表读数)

输出功率Po = Vo * Io = 6.32W

效率η = 6.32/7.54 = 83.8%

采用电解电容时的输出电压,电流的波形如图2所示。从波形图上可以看出,输出电压、电流均存在一定的纹波。这在单级PFC恒流驱动方案中不可避免的,加大输出电容C8、C9,可以进一步减小输出纹波。同时我们注意到示波器上电流、电压的平均值与万用表的读数基本相同。也即是万用表所测量到的直流电压、电流值为平均值。

图2、输出采用电解电容(470?F X 2)时的电流、电压波形。

(Ch1=蓝色:输出电压; Ch4=绿色:输出电流; 数学运算=红色:Ch1*Ch4)

进一步,在示波器上,用输出电压与输出电流相乘所得的瞬时功率曲线的平均值6.34W也基本与用平均电压与平均电流相乘所计算的功率相同。

* 当输出电容C8、C9采用22?F陶瓷电容,驱动6颗LED时,测量结果如下:

输入电压Vin = 220VAC,输入功率Pin = 8.10W

输出电压Vo = 19.07V (万用表读数)

输出电流Io = 334mA (万用表读数)

输出功率Po = Vo * Io = 6.37W

效率η = 6.37/8.10 = 78.6%

采用陶瓷电容时输出电压、电流的波形如图3所示。与用电解电容时相比,输入功率增加了约0.56W(8.10W – 7.54W),而输出功率按万用表读数计算基本不变(6.37W vs. 6.32W),从而导致效率降低了5%。情况真的如此吗?0.5W的功应及时清算留在钳口中的碎渣碎片率跑哪里去了?

图3、输出采用陶瓷电容(22?F X 2)时的电流、电压波形。

(Ch1=蓝色:输出电压; Ch4=绿色:输出电流; 数学运算=红色:Ch1*Ch4)

在图3中,用输出电压与输出电流相乘所得的瞬时功率曲线的平均值为6.86W,而不是用平均电压与平均电流计算得到的6.37W,二者相差0.49W,正好补上了输入端增加的0.56W。新的效率应该是η = 6.37/8.10 =84.7%。因此效率是没有下降的。

为什么在无电解电容(采用陶瓷电容)方案中,输出功率的计算会有如此的不同?原因在于陶瓷电容的容值较小,导致输出电流的纹波巨大,电流的最低值甚至已经触底为零值了。此时,输出电流的纹波已经大于其直流平均值了,也即是输出电流已经是一个交流电流了。再采用平均电流来2.更换相同容量的保险丝计算输出功率就不合适了。

正确的输出功率计算方法是:Po = Vo_rms * Io_rms * PF。式中Vo_rms和Io_rms分别为输出电压和电流的均方根值,PF为功率因子。图4是输出为陶瓷电容时,输出电压及电流的波形及均方根值。与图3比较可以发现,对于交流电流来说,平均值与均方根值不再相等了。

图4、102、室内环境及材料中的有害物资输出采用陶瓷电容(22?F X 2)更换适合的摆锤(大摆锤的最大打击能量为300J时的电流、电压波形。(print)

(Ch1=蓝色:输出电压; Ch4=绿色:输出电流; 数学运算=红色:Ch1*Ch4)

但是功率因子PF不太容易测量,用上述的公式在操作上有一定的难度,而采用瞬时功率(瞬时电压乘以瞬时电流)的平均值来计算输出功率就比较容易,这个操作可以在示波器上很容易地实现。在用电解电容的方案中,由于电解电容的容值比较大,输出电流的直流值远大于纹波值,其平均值与均方根值基本相等,用平均电流来计算输出功率就不会引入太集成电路和分立器件用化学品、印刷线路板生产和组装用化学品、显示器件用化学品、彩色液晶显示器用化学品、印制电路板(PCB)加工用化学品、超净高纯试剂及特种(电子)气体、先进的封装材料和研磨抛光用化学品等制备及利用技术大的误差。(end)

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