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通过初级侧调节提高LED照明效率[3]

2010-7-27  来源:中国LED在线  有4992人阅读

  全球对实现低功耗和高效率技术的关注不断持续,由于照明应用佔了全球近 20% 的电力资源消耗量,所以照明技术的进步,会对能源状况产生巨大的影响。LED 固态照明 (solid state lighting, SSL) 是一种环保技术,具有出色的外形尺寸,使用寿命长,转换效率高,而且功耗相比传统的白炽灯泡低 80% 或 90%。在 LED SSL 中,LED 驱动器扮演着重要的角色,因为要靠它来提供保持稳定亮度所需的准确电流。

  当PSR 控制器导通MOSFET 时,变压器电流iP将线性地从零增加到ipk,如算式 (1)。在导通期间,能量储存在变压器中。当MOSFET关断时 (toff),储存在变压器中的能量借助输出整流器传送到功率转换器的输出端。在此期间,输出电压VO和二极体的正向电压VF被反射到辅助线圈NAUX,辅助线圈NAUX 上的电压可由算式 (2) 表示。这时可运用一种专有的取样技术来对反射电压进行取样,由于输出整流器的正向电压变得恆定,故可获得相关输出电压资讯。然后,取样得到的电压与准确的参考电压进行比较,形成一个电压回路,从而确定MOSFET的导通时间,并准确调节恆定输出电压。

  在这算式中,LP 为变压器初级线圈的电感;VIN 为变压器的输入电压; ton 是MOSFET 的导通时间;NAUX/NS 为辅助线圈与次级输出线圈的匝数比;VO是输出电压;VF 是输出整流器的正向电压。

  这种採样方案也使得变压器的放电时间 (tdis) 加倍,如图2所示,输出电流IO与变压器的次级侧电流有关。IO 还可利用 ipk、tdis 求得,如算式(3) 所示。PSR 控制器利用这个结果来确定MOSFET的导通时间,并调节恆定输出电流。Sense电阻 RSENSE 用来调节输出电流的数值。

  这裡,tS 是 PSR 控制器的开关週期;NP/NS 是初级线圈和次级输出线圈的匝数比;RSENSE 为感测电阻,把变压器的开关电流转换为电压 VCS 。

  利用PSR 控制器实现HB LED 驱动器

  这里使用了一个HB LED 驱动器来驱动三个串联HB LED ,输出规格为12V/0.35A。若采用整合了一个 PSR控制器和一个600V/1A MOSFET 的PSR 控制器FSEZ1016A,将有助于减少外部元件数目,减小 PCB面积,降低功耗和 MOSFET 驱动器电路上的讯号杂讯,还能够减少干扰。而专有的绿色模式功能可在轻载和无载条件下提供非导通时间调制,来线性降低PWM 频率,使待机功耗最小化,从而轻松满足大多数绿色规范的要求。此外,其内置抖频功能也进一步提高了EMI性能。

  实验显示,采用这种方法,恆流 (CC) 调节精度可达 1.8% ,折回 (fold-back) 电压为4V (如图3所示),适用于很大的VDD范围,而且CC能力与输出电压有关。115Vac 输入时效率为77.66%,230Vac输入时效率为77.40% ,空载时最大功率为0.115W。由此可见,利用FSEZ1016A便可以获得一个外部元件最少、成本最低的照明解决方案。

  总结

  随着产业界对高能效电子产品开发投入更多,照明应用需要创新性技术来取代传统白炽灯泡和卤素灯。HBLED 的优势在于尺寸小、亮度高、寿命长,而且环保。这些优势都是推动该产品逐渐取代传统照明产品的有利因素。为了提高HBLED 的能力,控制电路必须利用恆流来实现LED驱动。本文介绍的「初级侧调节」 (PSR) 专利技术,只须利用 PSR 控制器,就能够准确调节变压器初级侧中LED驱动器的电压和电流,无需次级侧反馈电路,从而实现尺寸更小、寿命更长和更环保的产品。实验显示PSR 能够提供 1.8% 的恆流(CC) 调节准确度,在115Vac 输入时效率为77.66%,230Vac 输入时效率为77.40%,空载时最大功率为 0.115W。这种PSR技术是把离线LED驱动器成本降低的最佳解决方案。

 

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