我遇到的大多数 LED 驱动器和反激式转换器都在 60-100 kHz 范围内工作。这背后是否有任何特殊原因 - 例如 - 铁氧体磁芯无法处理更高的频率等?
常规降压转换器的开关频率高达 1-2 MHz,并拥有可以使用的小型磁性元件,这意味着更小的尺寸和/或更低的成本。为什么 LED 驱动器和其他反激式 IC 没有以更高的频率出现?
我遇到的大多数 LED 驱动器和反激式转换器都在 60-100 kHz 范围内工作。这背后是否有任何特殊原因 - 例如 - 铁氧体磁芯无法处理更高的频率等?
常规降压转换器的开关频率高达 1-2 MHz,并拥有可以使用的小型磁性元件,这意味着更小的尺寸和/或更低的成本。为什么 LED 驱动器和其他反激式 IC 没有以更高的频率出现?
原因有很多:
- 成本:这可能是最大的原因。照明市场竞争激烈。有很多中国玩家提供非常便宜的价格。这迫使其他品牌(甚至像欧司朗、飞利浦等更大的欧洲品牌)使用“更便宜”的组件来保持自己的竞争力。作为其中一家公司(老实说,土耳其最大的公司)的员工,让我举个例子:我们的 36W 恒流 LED 驱动器(60x60 面板灯为 36V/1A)的目标电子 BoM 成本低于2 美元. 太不可思议了。我们目前在设计中使用的 IC 的最大开关频率为 67kHz,价格低至0.05 美元 (附带说明:与我们合作的中国 IC 制造商都没有更高速的控制器 IC)。我在问你:我们是否需要使用昂贵的 IC 来减小变压器或驱动器的尺寸?如果市场需要相同功率水平的更小尺寸,那么我们可以讨论使用更高速的控制器 IC。
- EMC:电磁兼容性(尤其是辐射发射)在较高频率下可能会出现问题。并且应该更加仔细地设计PCB。
我还想谈谈趋肤效应。您可能知道,铜的趋肤深度可以近似为$$d_s [mm] = \frac{72}{ \sqrt{f_{SW[Hz]}}}$$
对于 f SW = 60kHz,d s =0.29mm。
对于 f SW = 100kHz,d s =0.23mm。
对于 f SW = 200kHz,d s =0.16mm。
对于 f SW = 500kHz,d s =0.1mm。
这意味着电流将流过厚度为 d s的外环。所以导体的内圈是空的。
讲一个实际的例子:要确定反激式转换器的变压器(实际上是耦合电感)的线径,电流密度(J)可以选择为420A/cm² = 4.2A/mm²。例如,对于 I sec =1 A rms的二次电流,导体的最小横截面积应为\$S_{[mm^2]} = 1_{[A]} / J_{[A/mm^ 2]} = 0.24mm^2\$并且所需的线径(从 S = pi w²/4)为\$0.55mm\$。
当然,我们可以使用单根0.6mm直径的导线,但是导体的内半部不会被填充,因此我们不能有效地使用导线。这将导致传导损耗。
为了将传导损耗保持在最低限度,您需要使用直径小于或等于 d s的导线,以便完全填充导体。而且由于还应满足横截面积要求,因此您必须使用平行线。
假设开关频率为 60kHz。在该频率下d s =0.29mm。所以如果我们使用0.25mm直径的电线,由于一根电线的横截面积是0.05mm²,我们需要使用0.24/0.05=5根电线并联作为次级。
如果我们将频率提高到 200kHz,那么次级应使用 14 条平行的 0.15mm 直径导线缠绕。
由于施工困难,增加频率可能会花费您更昂贵的变压器。
主要是因为它们通常不需要运行高于 100 kHz 的频率。在较低频率下,使用成本较低的组件更容易保持高效率,并且它们通常用于的应用不需要较高频率允许的极小的外形尺寸。