通過初級端調(diào)節(jié)提高HB LED照明效率

時間：2009-11-22 00:38:44

關鍵字： LED照明 HB PS 控制器

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[導讀]　高亮度發(fā)光二極管(High-Brightness Light Emitting Diode，HBLED) 是一種大功率高亮度的LED，它的壽命更長、尺寸更小，而且設計靈活，已成為傳統(tǒng)白熾燈和鹵素燈的替代產(chǎn)品?！　〔捎贸跫壎苏{(diào)節(jié)控制器的高亮度LED驅(qū)

　高亮度發(fā)光二極管(High-Brightness Light Emitting Diode，HBLED) 是一種大功率高亮度的LED，它的壽命更長、尺寸更小，而且設計靈活，已成為傳統(tǒng)白熾燈和鹵素燈的替代產(chǎn)品。

　　采用初級端調(diào)節(jié)控制器的高亮度LED驅(qū)動器

　　如上所述，LED照明擁有諸多優(yōu)勢，但若沒有適當?shù)碾妷汉途_的電流，這些器件的壽命不僅會縮短，其功耗和熱耗也會增加，最終對LED造成無法挽回的損害。因此，LED的電流對照明非常重要。基于這個原因，對HB-LED的壽命而言，帶有出色的恒流技術的PSR就顯得既重要又有益。

　　在傳統(tǒng)的LED控制電路中，離線恒定輸出電流LED驅(qū)動器可使用隔離反激式轉(zhuǎn)換器配合次級端電路調(diào)節(jié)輸出電流來實現(xiàn)，如圖1所示。這種方案可提供精確的電流控制，但缺點是器件數(shù)目較多，意味著需要更大的板上空間、更高的成本，而且可靠性也較低。同時，感應電阻RO還會增加功耗，降低恒流調(diào)節(jié)電源效率。近來，LED驅(qū)動器的效率和節(jié)能要求變得越來越重要，同時LED應用也需要更小的尺寸，因此傳統(tǒng)電路不再滿足相關要求。本文將介紹一種能夠減少器件數(shù)目并提高效率的初級端控制方法。

　　初級端調(diào)節(jié)(PSR)技術是把離線LED驅(qū)動器的成本降至最低的最佳解決方案，它無需在次級端使用光耦合器，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，通過輔助線圈取代次級端的光耦合器來檢測輸出信息，如圖2所示。圖2所示為一個采用初級端控制器的反激式轉(zhuǎn)換器的基本電路示意圖及其主要工作波形。

　　當PSR控制器導通MOSFET時，變壓器電流iP將線性地從零增加到ipk，如算式(1)。在導通期間，能量存儲在變壓器中。當MOSFET關斷時(toff)，存儲在變壓器中的能量通過輸出整流器傳送到功率轉(zhuǎn)換器的輸出端。在此期間，輸出電壓VO和二極管的正向電壓VF被反射到輔助線圈NAUX，輔助線圈NAUX上的電壓可由算式(2)表示。這時可運用一種專有的采樣技術來對反射電壓進行采樣，由于輸出整流器的正向電壓變得恒定，故可獲得相關輸出電壓信息。然后，采樣得到的電壓與精確的參考電壓進行比較，形成一個電壓回路，從而確定MOSFET的導通時間，并精確調(diào)節(jié)恒定輸出電壓。

　　在這算式中，LP為變壓器初級線圈的電感;VIN為變壓器的輸入電壓;ton是MOSFET的導通時間;NAUX/NS為輔助線圈與次級輸出線圈的匝數(shù)比;VO是輸出電壓;VF是輸出整流器的正向電壓。[!--empirenews.page--]

　　這種采樣方案也使得變壓器的放電時間(tdis)加倍，如圖2所示，輸出電流IO與變壓器的次級端電流有關。IO還可通過ipk、tdis求得，如算式(3)所示。PSR控制器利用這個結果來確定MOSFET的導通時間，并調(diào)節(jié)恒定輸出電流。Sense電阻RSENSE用來調(diào)節(jié)輸出電流的數(shù)值。

　　這里，tS是PSR控制器的開關周期;NP/NS是初級線圈和次級輸出線圈的匝數(shù)比;RSENSE為感測電阻，把變壓器的開關電流轉(zhuǎn)換為電壓VCS。

　　利用PSR控制器實現(xiàn)HB LED驅(qū)動器

　　這里使用了一個HB LED驅(qū)動器來驅(qū)動三個串聯(lián)HB LED，輸出規(guī)格為12V/0.35A。若采用集成了一個PSR控制器和一個600V/1A MOSFET的PSR控制器FSEZ1016A，將有助于減少外部組件數(shù)目，減小PCB面積，降低功耗和MOSFET驅(qū)動器電路上的信號噪聲，還能夠減少干擾。而專有的綠色模式功能可在輕載和無載條件下提供非導通時間調(diào)制，來線性降低PWM頻率，使待機功耗最小化，從而輕松滿足大多數(shù)綠色規(guī)范的要求。此外，其內(nèi)置抖頻功能也進一步提高了EMI性能。

　　實驗顯示，采用這種方法，恒流(CC)調(diào)節(jié)精度可達1.8%，折回(fold-back)電壓為4V(如圖3所示)，適用于很大的VDD范圍，而且CC能力與輸出電壓有關。115Vac輸入時效率為77.66%，230Vac輸入時效率為77.40%，空載時最大功率為0.115W。由此可見，利用FSEZ1016A便可以獲得一個外部組件最少、成本最低的照明解決方案。

結語

　　為了提高HBLED的能力，控制電路必須利用恒流來實現(xiàn)LED驅(qū)動。本文介紹的“初級端調(diào)節(jié)”(PSR)專利技術，只須通過PSR控制器，即能夠精確調(diào)節(jié)變壓器初級端中LED驅(qū)動器的電壓和電流，無需次級端反饋電路，從而實現(xiàn)尺寸更小、壽命更長、更環(huán)保的產(chǎn)品。實驗顯示PSR能夠提供1.8%的恒流(CC)調(diào)節(jié)精度，在115Vac輸入時效率為77.66%，230Vac輸入時效率為77.40%，空載時最大功率為0.115W。這種 PSR技術是把離線LED驅(qū)動器成本降低的最佳解決方案。