初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)提高照明效率 實(shí)現(xiàn)低成本高亮LED

為達(dá)到高亮度LED對(duì)于高可靠度、小體積、高發(fā)光效率、低耗電量及低成本的要求，業(yè)界現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出PSR控制器搭配高亮度LED驅(qū)動(dòng)器方案。PSR控制器突出的恒流技術(shù)，能精確提供適當(dāng)?shù)碾妷号c電流，提高LED使用壽命，此外，透過(guò)PSR高整合度方案，也可進(jìn)一步縮小LED驅(qū)動(dòng)器與PCB體積，因而開(kāi)始在產(chǎn)業(yè)界嶄露鋒芒。

實(shí)現(xiàn)低功耗和高效率技術(shù)備受全球關(guān)注，由于照明應(yīng)用占了全球近20%的耗電量，所以照明技術(shù)的進(jìn)步，也會(huì)對(duì)能源狀況產(chǎn)生巨大的影響。發(fā)光二極管(LED)固態(tài)照明(SSL)是一種環(huán)保技術(shù)，具有出色的外形尺寸、使用壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)換效率高，且功耗比傳統(tǒng)的白熾燈低80%或90%。

在LED SSL中，LED驅(qū)動(dòng)器扮演著重要的角色，因?yàn)橐克鼇?lái)提供保持穩(wěn)定亮度所需的精確電流。不過(guò)，傳統(tǒng)的LED驅(qū)動(dòng)器方案采用次級(jí)回饋電路來(lái)驅(qū)動(dòng)LED的電壓和電流，但次級(jí)回饋電路卻會(huì)導(dǎo)致成本和尺寸的增加。本文將介紹一種初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)(PSR)專利技術(shù)，PSR控制器無(wú)需次級(jí)端回饋電路，即能夠精確調(diào)節(jié)變壓器初級(jí)側(cè)中LED驅(qū)動(dòng)器的電壓和電流。它同時(shí)包含頻率抖動(dòng)功能來(lái)降低電磁干擾(EMI)，以及輕載待機(jī)模式來(lái)減小待機(jī)損耗。利用該方案，PSR充電器可以實(shí)現(xiàn)比振鈴扼流圈轉(zhuǎn)換器(RCC)和傳統(tǒng)脈沖寬度調(diào)變(PWM)等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更小的外形尺寸、更低的待機(jī)功耗和更高的效率。

LED照明擁有諸多優(yōu)勢(shì)，但若沒(méi)有適當(dāng)?shù)碾妷汉途_的電流，這些組件的壽命不僅會(huì)縮短，其功耗和熱耗也會(huì)增加，最終對(duì)LED造成無(wú)法挽回的損害?？紤]到LED與普通二極管在物理特性方面同樣擁有斜率很大的V-I曲線，因而LED的工作電壓對(duì)工作電流相當(dāng)敏感，若變化很大，便會(huì)影響HB LED單元的壽命，因此LED的電流對(duì)照明非常重要。在這種情況下，對(duì)HB LED的壽命而言，帶有出色恒流技術(shù)的PSR就顯得既重要又有益。LED驅(qū)動(dòng)器一般采用非隔離降壓轉(zhuǎn)換器或隔離反激式(Flyback)轉(zhuǎn)換器。在傳統(tǒng)的LED控制電路中，脫機(jī)恒定輸出電流LED驅(qū)動(dòng)器可使用隔離反激式轉(zhuǎn)換器配合次級(jí)側(cè)電路調(diào)節(jié)輸出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)(圖1)。在此，LED電流通過(guò)次級(jí)側(cè)的一個(gè)感應(yīng)(Sense)電阻Ro來(lái)測(cè)量，并借助光耦合器提供必須的回饋信息。光耦合器在初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)之間形成隔離，并把反饋訊號(hào)耦合到初級(jí)側(cè)的PWM控制器，為了達(dá)到更好的輸出調(diào)節(jié)，PWM控制器利用光耦合器接收次級(jí)側(cè)的反饋訊號(hào)，以決定金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)的工作周期。此方案可提供精確的電流控制，但缺點(diǎn)是組件數(shù)目較多，意味著需要更大的電路板空間、更高的成本，且可靠性也較低。同時(shí)，感應(yīng)電阻Ro還會(huì)增加功耗和降低恒流調(diào)節(jié)電源效率。近來(lái)，LED驅(qū)動(dòng)器的效率和節(jié)能要求變得愈益重要，同時(shí)LED應(yīng)用也需要更小的尺寸，因此傳統(tǒng)電路不再滿足相關(guān)要求。本文將介紹一種能夠減少組件數(shù)目并提高效率的初級(jí)側(cè)控制方法。

圖1　采用傳統(tǒng)次級(jí)端調(diào)節(jié)反激式轉(zhuǎn)換器的 LED 驅(qū)動(dòng)器

PSR技術(shù)是把脫機(jī)LED驅(qū)動(dòng)器的成本降至最低的最佳解決方案，它毋須在次級(jí)側(cè)使用光耦合器，就能夠提供精確的電流控制。PSR的基本原理是采用一種創(chuàng)新性方法，利用參考線圈取代次級(jí)側(cè)的光耦合器來(lái)檢測(cè)輸出信息。圖2所示為一個(gè)采用初級(jí)側(cè)控制器的反激式轉(zhuǎn)換器的基本電路示意圖及其主要工作波形。

圖2　采用初級(jí)側(cè)控制器的反激式轉(zhuǎn)換器之基本電路示意圖及波形當(dāng)PSR控制器導(dǎo)通MOSFET時(shí)，變壓器電流iP將線性地從零增加到ipk，如算式(1)。在導(dǎo)通期間，能量?jī)?chǔ)存至變壓器中。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)(toff)，儲(chǔ)存在變壓器中的能量會(huì)藉由輸出整流器傳送到功率轉(zhuǎn)換器的輸