LM3444/LM3445 非隔離式LED照明應(yīng)用改進(jìn)型線性穩(wěn)壓

摘要

本文基于LM3445的傳統(tǒng)非隔離式解決方案，詳細(xì)說明其工作原理。我們將對這種線性穩(wěn)壓公式進(jìn)行推導(dǎo)和分析。通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，并證明其能夠非常緊密地匹配。為了評估大批量生產(chǎn)的可行性，我們對輸出電流容限進(jìn)行了徹底的研究和分析。結(jié)果證明，傳統(tǒng)解決方案難以達(dá)到全部批量生產(chǎn)電流容限，特別是在當(dāng)前市場所要求的更高輸出應(yīng)用的發(fā)展趨勢下更是如此。

為了解決這個(gè)問題，我們建議使用一個(gè)簡易線性穩(wěn)壓補(bǔ)償電路。我們從理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果兩個(gè)方面，對這種建議解決方案進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)推導(dǎo)的輸出電流和線性穩(wěn)壓速率公式，對實(shí)際批量生產(chǎn)所要求的最終總電流容限進(jìn)行分析。根據(jù)所得結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)，在達(dá)到這種實(shí)際要求方面，實(shí)現(xiàn)了巨大的進(jìn)步。最后，基于樣機(jī)對測試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較;經(jīng)證明，它們非常匹配。

1、 引言

隨著LED室內(nèi)照明的日益增長，非隔離式方案和隔離式方案都變得越來越流行。特別是，高線性穩(wěn)壓的高PF和精確恒定電流模式方案成為市場的主導(dǎo)方案。但是，由于輸出電壓變得更高更寬，傳統(tǒng)LM3444/L3445非隔離式應(yīng)用無法達(dá)到這種寬余量要求，從而進(jìn)一步限制了LM3445/LM3445的應(yīng)用。

鑒于上述問題，本文的主要目標(biāo)在于精確線性穩(wěn)壓要求的高輸出應(yīng)用。在本文中，通過第2章的一些公式，闡述一般工作原理。利用這些公式，我們可以求解最終輸出電流。為了對結(jié)果進(jìn)行評估，第3章介紹了一個(gè)統(tǒng)一公式，通過它輸出電流得到簡化。另外，第3章還進(jìn)一步詳細(xì)說明了電流容限分析。第4章給出了一些基于樣機(jī)的設(shè)計(jì)例子。文章給出了計(jì)算結(jié)果和仿真結(jié)果，并把它們與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。經(jīng)證明，它們的匹配非常好。但是，深入研究后，我們發(fā)現(xiàn)仍然很難達(dá)到批量生產(chǎn)的電流容限要求。

為了解決這個(gè)問題，我們在第5章提出了一個(gè)建議補(bǔ)償電路。通過計(jì)算和仿真實(shí)驗(yàn)，對這個(gè)補(bǔ)償電路進(jìn)行了驗(yàn)證。最終，實(shí)驗(yàn)證明，該電路明顯改善了線性穩(wěn)壓和電流容限性能。利用這種電路，得到改進(jìn)的線性穩(wěn)壓將在實(shí)際應(yīng)用具備更強(qiáng)的競爭力，特別是在LED R30/PAR30/A19/E27 LED照明應(yīng)用中。

2、 傳統(tǒng)非隔離式LM3444/LM3445解決方案的原理

圖1顯示了更高PF的傳統(tǒng)非隔離式解決方案。為了方便講解其工作原理，我們給參數(shù)做如下定義：

•Vout：LED輸出電壓

•I：單時(shí)間段內(nèi)等效時(shí)間值

•Kfeed：輸入AC電壓的前饋系數(shù)

•Rs：電流檢測電阻器

•Rup：toff充電電阻器

•Cchar：toff充電電容器

•Vinmin：AC輸入電壓最小值

•Vinmax：AC輸入電壓最大值

•Vinac：AC輸入電壓

•_noimp：無改進(jìn)線性穩(wěn)壓電路函數(shù)

•_imp：改進(jìn)線性穩(wěn)壓電路函數(shù)

圖1 高PF的傳統(tǒng)建議非隔離式解決方案

這是一種典型的無反饋環(huán)路應(yīng)用，但是它具有下列特性：

1、 更高的PF。通過輸入前饋電路實(shí)現(xiàn)。

2、 恒定電流。這是通過LED輸出電壓檢測toff電路實(shí)現(xiàn)。

AC輸入電壓可表示如下：

如圖1所示，C1大于C2，目的是實(shí)現(xiàn)更高的PF值，例如：C1/C2 = 220n/10n。LM3444或者LM3445的針腳5的電壓可以表示為：

3、 基于傳統(tǒng)解決方案的LED電流線性穩(wěn)壓分析

由于LED電流已在上面做了推導(dǎo)，因此我們可以把總公式寫為：

我們可以看到，LED電流變化嚴(yán)重依賴于Vout，其意味著當(dāng)LED電壓較低時(shí)它可以使用更高的線性穩(wěn)壓，在這種情況下，其非常適合于GU10應(yīng)用。

3.1 批量生產(chǎn)期間Δ LED電流變化分析

公式(11)推導(dǎo)出LED電流變化，但是這種變化在整個(gè)輸入范圍受Rs、L、Cchar和Rup容限的影響。根據(jù)批量生產(chǎn)要求，我們對其進(jìn)行如下分析：

3.2 批量生產(chǎn)期間的LED電流容限分析

在批量生產(chǎn)中，LED電流受到規(guī)定。正常情況下，要求它在±5%范圍內(nèi)，其在整個(gè)輸入范圍與Vled、kfeed、L、Cchar和Rup的容限無關(guān)。

由公式(9)，我們知道，LED電流變化受到這些參數(shù)的影響。下面是詳細(xì)分析。

1、批量生產(chǎn)時(shí)LED電流變化受Rs(例如：2%容限)影響情況如下：