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隔離LED驅動電源的12個調試對策
發布者:bosheng 日期:2016-01-15
先上電路圖,一個非常普通的方案。
1. 高PF隔離LED驅動電源 的有源 PFC 及恒流原理
各種單級 APFC(有源 PFC)及 CC(恒流)的 LED 驅動IC(芯片)工作原理基本相同。
由于輔助繞組的電壓波形在功率 MOS 管關斷期間與輸出電壓成比例關系,因此 IC通過對輔助繞組的電壓波形進行檢測來對輸出電流、電壓進行間接檢測。然后 COMP腳的外接補償電容,對高開關頻率的輸出電流進行長程平均(濾波周期小于 10ms,也即是小于市電經過全橋整流后的 10ms 周期)。該長程平均值再與內部的參考電平進行比較,從而產生 PWM 控制波形對功率 MOS 管進行控制。從而達到恒流輸出的目的。由于自帶APFC IC 是采用平均電流模式來對輸出電流進行恒流,因此高PF隔離LED驅動電源的恒流與輸出電流、輸入電壓,輸出電壓均無關,同時也對變壓器電感不敏感。
COMP 腳的補償電容進行長程平均,因此 COMP 腳上的電壓信號在一個正弦波周期內基本保持不變。而IC 內部正是通過 COMP 腳的電壓來控制源邊的開關導通時間。當輸入市電的電壓確定后,COMP 腳的平均電壓就確定了,也即是開關導通時間確定了,因此源邊的峰值電流就會跟隨輸入正弦波電壓變化而變化(源邊峰值電流: I_pk=Vin*sint* Ton / Lp ,式中 Lp 為源邊電感,Ton 為導通時間。Lp 和 Ton 確定了,源邊峰值電流就隨著輸入的正弦電壓變化而變化)。這樣源邊電流就隨著輸入電壓變化而變化,高 PF 值就達到了。從上面的說明可以看出,COMP 腳的補償電容越大,系統的平均時間越長,則 COMP 腳的電壓信號越穩定,即開關導通時間越恒定,就可以達到更高的 PF 值。但 COMP 電容越大,系統的環路響應也就越慢,同時,啟動的時間也越長(因為 COMP 腳要花更長的時間達到穩定值)。因此 COMP 腳電容也不是越大越好,一般取值1uF,與幾百Ω到1KΩ電阻串聯效果會更好。
2. 線性調整率差或負載調整率差
(1) 如果變壓器的空閑時間不夠,會造成線性調整率差;尤其是LED驅動電源在 AC85V 輸入時,測量 MOS 漏極波形在導通前的振鈴信號的時間(即最小空閑時間),這段時間需要大于 2uS 或周期的 10%(具體根據IC規格書);
(2) Comp 腳的電容過小,比如PF級或者幾個nF;
(3) MOS 管柵極是否有二極管,二極管型號是否正確;
(4) 檢查 MOS 管柵極的驅動二極管方向是否正確;如果方向錯誤,則會導致 Io 隨 AC 電壓的升高而升高,Io 可能變化 50mA 以上;
(5) 檢查LED驅動電源的 PCB 排版,主要有以下幾個方面:輔助供電電容和 CS 腳的緩沖電阻靠近芯片放置;芯片 FB 引腳與 GND 間的電容和電阻靠近芯片放置;變壓器的“正”端(電壓交變點)走線盡量短而粗,且遠離芯片的 FB 腳和 CS腳,使其不受干擾;
(6) AC 輸入端的串聯阻抗大,如串聯的差模電感、共模電感、熱敏電阻等的阻抗太大;
(7) 輔助繞組是否夾繞在初次級之間;
(8) 變壓器的干擾:如果變壓器離 FB 腳走線和 CS 腳走線距離太近,則會干擾導通時間和周期;此時,應該在變壓器安裝完成后,再加一層外屏蔽銅箔,銅箔需要接初級 GND;
(9) MOS 管的 Rds_on 太大;
(10)MOS 管的 Ciss 太大;
(11)芯片的 FB引腳與芯片的 GND 引腳間電容值大于 33pF。
(12)同比例縮小或增大FB引腳的上拉、下拉電阻。
(13)CS引腳上串聯一個電阻(幾十到幾百Ω),增大或減小電阻值,可以改變線性調整率。
3. LED驅動電源輸出電流偏低
(1)MOS 管漏極檢流電阻的地與芯片的地之間的走線要短而寬;
(2)用示波器觀察芯片的 CS 腳波形是否異常的尖脈沖干擾,如有,檢查 PCB 走線;
(3)變壓器繞制是否正確。
4. 高溫或老化時輸出電流下降,常溫下正常
(1) 在高溫時 MOS 管的導通電阻、導通電壓會增大,在 120℃時會是常溫 25℃的一倍,如果 MOS 管的質量不好,在 120℃時其導通電阻、導通電壓會增大更多,影響輸出電流;
(2) 變壓器飽和:磁芯在高溫的飽和磁通密度會下降,在設計變壓器時最大飽和磁通密度 Bmax 的取值需小于 0.35,溫度較高時取值應小于0.3;
(3) 輸出二極管為肖特基二極管且散熱不好;
(4) 使用劣質磁芯,劣質磁芯在高溫時最大飽和磁通密度 Bmax 下降得過低,標準的磁芯此值在 100℃時為 0.39,在 120℃時為 0.35。
5. 不恒流(與問題2類似,只是更加嚴重)
(1)LED驅動電源 芯片 Comp 引腳的電容值太小;
(2) PCB 布線不好,Dsen 腳和 CS 腳受到干擾;
(3) 輔助繞組與次級繞組耦合不好,改善變壓器繞法,使其兩繞組緊挨著繞制,輔助繞組疏繞,最好多股細線并繞、平鋪疏繞。
6. 開機燒 MOSFET
(1) MOS 管漏極的檢流電阻計算是否合理;
(2) 變壓器電感量是否合理、變壓器內部繞組是否擊穿;
(3) MOS 管柵極是否被拉高。
7. PF 值低
(1) 芯片的 Comp 腳電容值太小;
(2) 若只在高溫時偏低或者LED驅動電源工作一段時間后功率因數值偏低,則此電容熱穩定性差,請使用穩定性好的 NPO 或 X7R 系列瓷片電容。(提高功率因數值也會降低 THD 諧波失真)
8. 啟動時間長 @ AC85V、輸出有電解的方案中
Vcc 腳的啟動電阻值給芯片供電電容的充電時間長導致;
(1) 減小 Vcc 腳的啟動電阻值,但總電阻值不能低于 300kΩ;
(2) 減小電容芯片供電電容的容量,但也不能太小,要保證一次啟動成功,一般可選 4.7uF~10uF 電解電容,或選 2.2uF~4.7uF 貼片電容。
(3) MOS 管的柵極 Ciss 電容大,需要啟動電阻和 Vcc供電電容提供更多的能量,這種情況需加大 Vcc供電電容值
9. LED驅動電源效率偏低
(1) MOS 管柵極是否有二極管、是否正確;
(2) 輸出電流波形低頻紋波大,需加大輸出電容量;
(3) 變壓器是三明治繞法嗎?;
(4)AC 輸入端的串聯阻抗大,如串聯的差模電感、共模電感、熱敏電阻等的阻抗太大;
(5) 次級整流二極管是否為低壓降的快恢復型;
(6) MOS 管的導通電阻 Rds_on 太大;
(7) 初級繞組吸收電路電阻值小、電容值大;
(8)變壓器感量太小,導致驅動工作頻率太高。
(9)MOS的D、S吸收電容是否過大,建議不超過47pF。
10. 開路限壓
FB 腳兩電阻的比值大會導致開路輸出電壓高;如果比值太小,不能兼容最高輸出電壓,同時如果輸出使用延時時間比較長的電子負載時,在電子負載還沒有正式進入正常工作狀態電源會進入開路保護模式;
11. LED驅動電源短路保護功能失效
(1) FB腳兩電阻的比值過小
(2) 芯片的 FB 引腳與芯片的 GND 引腳間的信號受到其它信號的干擾,使其在輸出短路的情況下,FB 腳檢測的電壓高于 200mV,請檢查 PCB 走線
(3) 芯片的 FB 引腳與芯片的 GND 引腳間電容有,且不小于 22pF,且靠近芯片放置,此電容不能太大,一般取值 22pF
(4) 在高溫時短路保護功能失效,檢查芯片的 FB 引腳與芯片的 GND 引腳間電容值是 22pF 是否是熱穩定性好的 NPO 或者 X7R 類型
12. 開機后輸出一閃而過或很小
(1)變壓器的幾個繞組同名端是否正確;
(2)輸出二極管、電解是否插反。
(3)Vcc供電二極管方向是否正確;
(4)Ovp是否保護了;
(5)檢查其他元器件和線路。
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