LED電源解決方案:控制正向電流

前言

　　LED廠商建議通過(guò)控制正向電流使發(fā)光二極管保持額定的光通量和特定的色溫。鑒于LED的亮度與正向電流值成正比，這個(gè)控制方法是最佳的LED電源解決方案。

　　此外，LED的正向電壓與輸出功率受到結(jié)溫的嚴(yán)格限制，特別是大功率LED更是如此;結(jié)溫是眾所周知的影響質(zhì)量和使用壽命的關(guān)鍵參數(shù)。

　　準(zhǔn)確地說(shuō)，隨著結(jié)溫升高，正向電壓與輸出功率會(huì)逐漸降低，熱漂移會(huì)導(dǎo)致臨界電流升高。

　　為了通過(guò)降低正向電壓解決熱漂移問(wèn)題，提高系統(tǒng)總體能效，通過(guò)PWM和/或模擬調(diào)光技術(shù)控制亮度，獲得防失效管理和過(guò)熱控制功能，照明系統(tǒng)對(duì)具有特定控制功能的LED驅(qū)動(dòng)器的需求不斷提高。如果給建筑照明和街道照明等應(yīng)用增加價(jià)值，還需要在LED驅(qū)動(dòng)器內(nèi)增加遙控功能。

　　因?yàn)榇蠊β室驍?shù)交流-直流變流器能夠把電網(wǎng)交流電壓轉(zhuǎn)換成更高的輸入直流電壓，所以普通照明LED驅(qū)動(dòng)器通常采用標(biāo)準(zhǔn)降壓拓?fù)洌@種驅(qū)動(dòng)器基于集成一個(gè)功率開(kāi)關(guān)的模擬單片解決方案，最大輸出電流達(dá)到350mA。

　　如果電壓高于50/60V，因?yàn)樾酒夹g(shù)限制，單片解決方案將無(wú)法勝任。

　　很多照明平臺(tái)需要那些使用多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的多路輸出系統(tǒng)，而這將會(huì)增加系統(tǒng)架構(gòu)和版圖設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，結(jié)果導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本增加。

　　標(biāo)準(zhǔn)解決方案的主要應(yīng)用限制與基于并聯(lián)電阻器和內(nèi)部比較器的電流檢測(cè)方法有關(guān)。比較器把從靈敏電阻器回饋的電流與內(nèi)部參考電流值進(jìn)行比較，然后產(chǎn)生一個(gè)用于控制柵極驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)。

　　這個(gè)常用的模擬控制方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)峰流的控制，因?yàn)長(zhǎng)ED光色漂移在很多要求嚴(yán)格的照明應(yīng)用領(lǐng)域是不準(zhǔn)許的，所以這種方法并不是高品質(zhì)照明的最佳解決方案。

　　創(chuàng)新的LED驅(qū)動(dòng)器

　　意法半導(dǎo)體提出一個(gè)能夠滿足照明要求的高成本效益的街道照明平臺(tái)解決方案。該方案具有優(yōu)異的性能、超高能效(全負(fù)荷時(shí)總體能效大于91%)、完整的防失效管理(過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和短路保護(hù))功能。

　　該平臺(tái)由兩大部分組成：電源部分與電流控制器。其中，電流控制器是一個(gè)數(shù)字電流控制器。

　　電源電路的最大輸出功率達(dá)到130W (48V，2.7A)，該電路由兩級(jí)電路組成：基于L6562AT的前端功率因數(shù)校正器(PFC)和基于L6599AT的LLC諧振轉(zhuǎn)換器。這個(gè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下：

　　●擴(kuò)展的歐洲輸入交流電壓范圍 (177 ÷ 277 VAC – 頻率 45 ÷ 55 Hz)

　　●超高能效(全負(fù)載是93.85%)免除了對(duì)散熱器的需求

　　●無(wú)電解電容器，長(zhǎng)久可靠

　　●符合EN61000-3-2 Class-C (交流諧波)、EN55022-Class-B(EMI)和EN60950的雙絕緣 (SELV)標(biāo)準(zhǔn)

　　電流控制器的核心是采用一個(gè)以地線為參考的電流檢測(cè)方法，這個(gè)算法是由一個(gè)通用微控制器實(shí)現(xiàn)的，能夠調(diào)整反向降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電流。該解決方案無(wú)需差分放大器或誤差放大器，更不需要網(wǎng)絡(luò)濾波器以及其它的外部無(wú)源器件。

　　該反向降壓拓?fù)涞哪Ｊ綖檫B續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)，選擇CCM模式的原因是反向降壓拓?fù)涞墓β书_(kāi)關(guān)與地線相連，而不是像標(biāo)準(zhǔn)降壓拓?fù)淠菢舆B接上橋臂開(kāi)關(guān)。因此，在這個(gè)解決方案中，可直接使用微控制器驅(qū)動(dòng)一個(gè)邏輯電平(5V)或超邏輯電平(3.3V)功率開(kāi)關(guān)，無(wú)需任何柵極驅(qū)動(dòng)級(jí)，這使總體解決方案變得簡(jiǎn)單且成本低廉。圖1所示是完整的照明解決方案。

　　圖1:LED街道照明解決方案

　　靈活性是這個(gè)解決方案的研發(fā)目的，從低功率、低壓到大功率、高壓，該解決方案可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)最多16個(gè)輸出通道。意法半導(dǎo)體擁有街道照明專用產(chǎn)品組合，因此，該解決方案讓設(shè)計(jì)人員只使用一個(gè)拓?fù)渚湍芨采w各種不同的LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。