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平衡LED照明的發(fā)光效率和熱設(shè)計

發(fā)布時間:2012-10-29 責(zé)任編輯:echotang

 

導(dǎo)讀:在LED照明中,給不同功率水平搭配驅(qū)動器拓撲充滿挑戰(zhàn)。 雖然有眾多拓撲可選,但哪一個最好地平衡了尺寸、性能和成本呢? 快速瀏覽每個功率范圍 — 低、中、高 — 的具體要求,推薦適合每個功率范圍的最佳功率開關(guān)技術(shù)。

 


低功率照明

低功率照明包 括蠟燭、照明球燈泡和 20W 以下的白熾燈。 這些是小燈泡,主要用于住宅和零售場所。 尺寸和成本是兩個最大的關(guān)注點,所以使用初級端調(diào)節(jié) (PSR) 拓撲是一個很好的選擇。 一個 PSR 控制器僅使用 LED 燈控制器初級端的信息來精確控制輸出電壓和電流。 消除了輸出電流檢測損耗并取消了次級反饋電路。 結(jié)果是設(shè)計用更少外部元件,滿足更緊密的恒定輸出電流要求。 一個 20W 的 LED 負載,以 80% 的功率啟動,熱損失約 4W。 圖 1 是一個使用 FL103 的電路樣本,飛兆 FPS™ 功率開關(guān)器件,是一個帶 PSR 功能的控制器。
 

圖 1. 低功率應(yīng)用上的 PSR 拓撲

需要功率因數(shù)校正 (PFC) 時,圖 2 是使用 FL7730 的電路示例。


圖 2. 低功率應(yīng)用中使用 PFC 的 PSR 拓撲

中等功率照明

在中等功率范圍,LED 燈泡設(shè)計適合于筒燈和 L 形燈中使用,運行時最高功率為 50W。 為了滿足調(diào)節(jié)要求,功率因素校正 (PFC) 為必要元素。 為 PFC 增加電路,可使之緊密結(jié)合。 使用單級 PFC 拓撲是節(jié)約占位面積和成本的好辦法,因為它不需要在全橋整流二極管后使用大型電解電容。 圖 3 為一個使用 FL6961 的反激式轉(zhuǎn)換器,PFC 控制器以臨界導(dǎo)通模式 (CCM) 運行,而且擁有軟啟動和逐周期電流限制等功能。

 

圖 3. 使用 FLS6961 的單級 PFC 拓撲的簡化示意圖

圖中小電容 (C1) 是為衰減高頻噪音濾波器元件。 50W 負載下,功率可高達 84%,剩余 8W 為熱損耗。

高功率照明

高功率照明包 括運轉(zhuǎn)功率在 100W 以上的燈,例如:路燈和其他戶外燈。 這些燈的設(shè)計要求以合理成本獲得最佳發(fā)光效率。 包括輸入階段的 PFC 功能,使設(shè)計符合諧波國際規(guī)定。 對于下游轉(zhuǎn)換器,諧振開關(guān)技術(shù)以正弦方式處理功率,可降低開關(guān)損耗,減少噪音。 LLC 諧振開關(guān)是一種比較新的技術(shù), 提高了高壓下的效率。 LLC 技術(shù)(見圖 4)建立在更為常見的 L-C 諧振網(wǎng)絡(luò)上,變壓器磁化電感自然地充當(dāng)變壓器初級繞組的分路電感, 這改善了輕負載時的調(diào)節(jié)率。

圖 4. 半橋 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器

圖 5 以 PFC 輸入級和 LLC 拓撲展示了高壓驅(qū)動器概念。 PFC/LLC 結(jié)合最高可產(chǎn)生 92% 的效率。 對于一個 400W 的 LED 驅(qū)動器,意味著 32 W 的熱損耗。

 

圖 5. 高壓功率拓撲,結(jié)合 PFC 輸入與 LLC 諧振控制

飛兆半橋 LLC 諧振控制器包括 FLS-XS 系列,其結(jié)合了具有快速恢復(fù)型體二極管的功率 MOSFET 、高端柵極驅(qū)動電路、精準的電流控制振蕩器、頻率限制電路、軟啟動和內(nèi)置保護功能。

結(jié)論

LED 燈泡的功率范圍影響驅(qū)動器的成本、尺寸和效率要求。 低功率設(shè)計可考慮 PSR 反激式,但是在中等功率應(yīng)用中,單級 PFC 拓撲可能是最佳選擇。 對于高功率裝置,與 PFC 輸入級結(jié)合的 LLC 拓撲可能提供了合適的成本效益。 飛兆支持所有這些拓撲,而且為每個功率范圍提供富有創(chuàng)新的解決方案。

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