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英飞凌LED照明参考设计方案EVALLEDICL8201F1到底好不好?——30W功率分析仪帮你验证
发布时间:2015-08-14
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英飞凌LED照明参考设计方案EVALLEDICL8201F1到底好不好?——30W功率分析仪帮你验证
发布时间:2015-08-14
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据调查显示,全球每年因使用传统白炽灯照明而产生了大量的能源消耗,而LED照明能有效降低能耗和减少温室气体排放,所以无论从环保或者自身节约成本的角度来看,LED照明是目前市场上高效能的照明解决方案,而且随着全球各国相继提出淘汰白炽灯、推广LED灯,相信今后LED照明是大势所趋。

当然,虽然LED灯能够替换现有光源并可在照明系统中快速应用,但是采用LED对现有光源进行改装并非普遍假定的那般简单。首先,LED灯并不具有类似于白炽灯的电阻特性,其次,LED灯的额定功率通常会显著低于现有光源的功率,在工作时,会导致闪烁等干扰效果或频闪等其它类型的光调制,所以,要普及LED照明,一款优异的LED照明解决方案是必不可少的。今天爱板网就给大家推荐两款优异的小功率LED照明解决方案——EVALLEDICL8201F1模块以及EVALLEDICL8201F2模块,分别可以适用于GU10以及T8型的LED应用。

由于两款模块都是基于LED电源应用,又都基于英飞凌同一款LED控制芯片ICL8201,在整体的电路结构上差别不大,主要是针对两个特定LED领域的应用,在MOS管的选择上有些许出入,所以接下来我们主要针对一款LED电源模块(EVALLEDICL8201F1模块)做详细的介绍,另一款(EVALLEDICL8201F2模块)则作为比较对象,而在实际的测试环节中,我们会将两款LED电源模块分别在极限负载条件下进行测试。

EVALLEDICL8201F1模块

首先来看下爱板网拿到的样品,包装盒是简单的牛皮卡纸,EVALLEDICL8201F1模块用静电袋包裹着,总共拿到的是两个模块。

打开静电袋初略一看,EVALLEDICL8201F1模块外型跟爱板网先前评测过的15W_CE1K0电源模块(评测)差不多的样子,不过板载元器件更少,更为简单,大小也只有33mmx 20mmx 18mm,如下图所示。

EVALLEDICL8201F1模块是一个低成本、高效率、高功率因数的通用LED照明解决方案(7.5W、180mA),其基本的参数如下:

  • 输入电压&频率:90VAC~265VAC (60/50Hz)
  • 输出电压,电流,功率:33V~47V, 180mA, 7.5W
  • 功率因素:>0.95@low line;>0.80@high line
  • THD:< 20%@low line;< 30%@high line
  • 效率:>85%
  • 通过EN55015认证(这里基本指灯具的电磁兼容认证)

从模块的简单特性介绍,我们不难发现,这是一款宽输入范围的LED电源模块,主要包括了输入电源部分、LED控制部分、LED驱动电路,如下图所示。(下一页

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EVALLEDICL8201F1模块在电源部分会将交流电转换为直流电,然后滤波;控制部分通过英飞凌LED控制器ICL8201实现;在LED驱动电路上采用了英飞凌CoolMOS IPU50R3K0CE实现,整个模块的原理图如下所示,在这个原理图中,我们重点需要关注的是英飞凌LED控制器ICL8201以及CoolMOS IPU50R3K0CE

英飞凌LED控制器ICL8201

我们首先来认识下EVALLEDICL8201F1模块搭载的核心——英飞凌全新的LED控制器ICL8201

ICL8201是一种串叠(共源共栅)结构电流模式控制器,采用了SOT23-6封装,支持实现小尺寸和低成本的设计,适用于非隔离浮动降压拓扑结构,该串叠拓扑结构可以降低系统成本,提高系统效率。那有人就有疑问了,如何降低系统成本?又是如何提高系统效率呢?

如上图的参考设计所示,高度集成的 ICL8201 控制器电路结构无需使用辅助绕组为 IC 供电,也无需使用高压耗尽型 MOS 管,就可实现快速点灯,这就大大降低系统成本。另外,串叠拓扑结构消除了启动电阻在整个工作期间产生的损耗,有助于提高系统效率和可靠性。

对于英飞凌的这颗ICL8201,笔者总结了以下几个优点:

  • 所需外部元件很少,支持小尺寸和低成本
  • IC支持单电感,无辅助绕组
  • 先进的串叠结构,无需高压启动单元,支持90~305Vac
  • 完整的保护模式,包括智能过温保护
  • PF>90%,THD<20%。
  • LED输出电流高达500mA

ICL8201支持直流和交流输入,能实现高功率因数校正 (PFC),在临界导通运行模式下提高效率并减少 EMI 设计,无需过零检测绕组,搭载外部功率开关(比如参考设计中的CoolMOSFET系列),最大能提供 500mA 驱动电流,非常适用于 LED照明的驱动电源平台设计,另外,其ICL8201搭载的过温保护功能可以有效保护产品,如下图,在135℃的时候,电流完全截止了。

CoolMOS IPU50R3K0CE

IPU50R3K0CE是英飞凌CoolMOS系列MOS管,具有非常低的通态电阻Rds以及Eoss,适用于FPC、硬开关PWM、谐振开关PWM等功能的应用,MOS管的具体的参数如下所示。(下一页

注:表格中的参数是MOS管选型的重要依据,VDS、ID代表电路中的电压与电流可容许的最大值,但是在实际设计中应该留有余量。RDS是MOS管的通态电阻,影响开关电源的转换效率,Qg是指MOS管结电容,影响MOS管开关的损耗,开关频率越大,Qg的参数就越加重要。

EVALLEDICL8201F2模块

看完EVALLEDICL8201F1模块,我们再来看看英飞凌的另一款EVALLEDICL8201F2模块会有什么不同,如下图所示。

EVALLEDICL8201F2模块大小为42mm x 20mm x 15mm,个头要比EVALLEDICL8201F1模块大一点,同样采用了串叠(共源共栅)结构电流模式控制器ICL8201控制器,非隔离式结构。从下图的对比中可以看到,两个LED电源模块重要的区别在于MOS管的选型。

EVALLEDICL8201F1-36

EVALLEDICL8201F1-37

EVALLEDICL8201F2模块采用了英飞凌IPS65R1K5CE (IPAK) MOS管,相比EVALLEDICL8201F1模块搭载的MOS,它具有更高的额定电压电流值,并且具有更低的通态电阻值,但是,相对的,它的MOS管结电容要稍大,会影响MOS管的开关损耗,所以电源工程师设计的时候要根据实际应用综合考虑来选择适合的MOS管,有关IPS65R1K5CE的具体的参数如下表。

最后,我们来对比下两个LED电源模块的参数,如下表所示:

EVALLEDICL8201F1 & EVALLEDICL8201F2 实际应用表现

实验准备:

  • EVALLEDICL8201F1模块 & EVALLEDICL8201F2模块
  • 功率分析仪一台(YOKOGAWA WT3000,特别感谢苏州欧姆尼克新能源科技有限公司提供仪器测试)
  • 电子负载(由于没有相应的LED电源模块作为负载,暂时用电子负载来代替)

将测试的东西准备好后,搭建测试平台,输入电源采用了宽电源的交流输入(EVALLEDICL8201F1:90VAC~265vac,EVALLEDICL8201F2:170VAC~277VAC),输入电源首先经过功率分析仪,然后再作为电源模块的输入;由于模块都是恒流输出,所以用电子负载充当一个“负载”,负载范围为两个LED模块的最大值,最小值以及中间值,测试平台如下所示。(下一页

EVALLEDICL8201F1-40

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  • EVALLEDICL8201F1模块测试结果

我们首先进行了EVALLEDICL8201F1模块的测试,测试范围选取了模块标准的可承受的负载的极限值(33V~47V,180mA输出),具体测试的数据如下:

EVALLEDICL8201F1-41

33V, 180mA负载时的测试情况:

40V, 180mA负载时的测试情况:

47V, 180mA负载时的测试情况:

综合来看,英飞凌EVALLEDICL8201F1模块整体的效率不错,在89%左右;而在每个测试环境下,在最低输入电压时,功率因数要大于95%,而在最高输入电压时,功率因数大于80%;另一项总谐波失真(THD)在最低输入电压的时候要小于20%,而在最高输入电压时则小于30%。

以负载为中间值的测试情况(LED在40V, 180mA输出的负载条件下)为例,我们根据测试的数据可以画出EVALLEDICL8201F1模块相应的功率因数和总谐波失真与输入电压的关系,图表如下图所示。

可以看到,以国内的市电情况(220Vac),我们根据英飞凌EVALLEDICL8201F1模块还是能设计出比较优秀的LED照明解决方案。

  • EVALLEDICL8201F2模块测试结果

另外,我们也测试了下另一款EVALLEDICL8201F2电源模块,这款是针对T8型LED的应用,功率要比EVALLEDICL8201F1模块大一些。

EVALLEDICL8201F1-43

EVALLEDICL8201F1-44

同样,搭建测试平台,不过需要注意的是EVALLEDICL8201F2模块的输入电压为170Vac~277Vac,输出为18W、270mA,测试过程就不一一描述了,测试的数据如下表所示。

55V, 270mA负载时的测试情况:

65V, 270mA负载时的测试情况:

75V, 270mA负载时的测试情况:

可以看到,EVALLEDICL8201F2电源模块的效率要稍微优于EVALLEDICL8201F1模块,这要归功于上面我们所说的那颗通态电阻值更小的MOS管。

小结

介绍了英飞凌推出的7.5W、180mA小功率的LED照明解决方案EVALLEDICL8201F1 以及18W、270mA针对T8型LED应用的EVALLEDICL8201F2模块,两个模块都是基于英飞凌最新的LED控制器ICL8201ICL8201(PF>90%,THD<20%)具有众多优异的特点,如:支持单电感,无辅助绕组、具有先进的串叠结构,无需高压启动单元,支持90~305Vac的宽电压输入范围、所需外部元件很少,配合英飞凌IPU50R3K0CE 或者IPS65R1K5CE CoolMOS管系列,可以实现针对GU10型以及T8型LED照明系统的小尺寸、低成本的解决方案,有兴趣的朋友可以向爱板网申请试用。

参考资料

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原创申明:本文为爱板网原创,谢绝转载!

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讨论 (10)

讨论区
学雷锋 ·  2015-09-02
jhcj2014 ·  2015-08-30
jhcj2014 ·  2015-08-24
只取一瓢 ·  2015-08-26

@jhcj2014:确实啊,面向中国市场,还是英飞凌中国工程师了解国内行情:lol:

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jhcj2014 ·  2015-08-24
第二十九代丐帮帮主 ·  2015-08-25

@jhcj2014:有,申请到的,不过没LED模块测试,不过这LED本身就是DC供电,况且输出端也有两个电解电容滤纹波,即使有频闪应该也不严重

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llllvvvv ·  2015-08-24
第二十九代丐帮帮主 ·  2015-08-20
jhcj2014 ·  2015-08-18
li00000 ·  2015-08-14
只取一瓢 ·  2015-08-14

@li00000:我觉得拿掉一个没问题,两个都拿到不行

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ctrl+shift ·  2015-08-14
学雷锋 ·  2015-08-14