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创新的LED驱动器满足全球对PFC和THD的要求


  来源: 21IC中国电子网 时间:2018-12-25 编辑:思杨
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LED技术出现之前,大多数照明应用都是根据使用的灯泡类型和耗电量来定义的,但LED改变了这一点。今天,同样的基本固态技术适用于低、中、高功率照明应用,提供更高的能效和更好的亮度。

在高功率细分市场,如荧光灯管、路灯和泛光照明的标准嵌入式灯具,以及其他形式的户外照明,节省的电力可能是巨大的。当考虑到连接方便性和输出电平可调时,LED照明的业务案例就很难被取代了。由于高能效,大多数LED照明应用可以小于100 W的功率级解决,这是非常重要的,因为它直接影响到所需的电源转换器、LED控制器和LED驱动器拓扑结构。


驱动器要求

从根本上说,除了白炽灯泡(直接采用交流电源运行)以外,大多数灯都需要某种电源转换。虽然LED照明采用正极或整流电源运行,但其他大多数照明技术都采用高压/高频交流电源运行。因此通常有能量损失,能效低,但是对于同样的亮度,LED消耗的功率要低得多,因此能够采用低压AC-DC电源。需要功率小于100 W的灯通常采用单级反激拓扑。从交流转换到直流,同时提供恒定且稳定的电源,以尽量减少闪烁,是从现有的照明转向LED的主要挑战。

期望整个照明电路至少在短时间内切换到直流是不合理的,因此有必要为每个灯泡、灯具或嵌入式灯具开发转换和驱动级。最方便的方法,至少对用户来说,是将这些器件集成到灯具中,或完美的集成到灯泡本身。
对于低于100 W的应用,单级变换器是最常见的拓扑结构(功率水平超过100 W通常需要多级转换器)。一个单级转换器可涵盖广泛的应用,甚至个别灯泡或打火机所需的极低功率。

在所有用例中常见的是需要提供功率因数校正(PFC)和低总谐波失真(THD);这些因素现在都由政府立法,但实际水平可能因地区而异。取决于应用消耗的功率,PFC和THD是强制性的,许多制造商正瞄准替代方案,例如LED正在取代紧凑型荧光灯(CFL)。这在现有的物理空间方面存在重大挑战,因为所有的AC-DC转换和LED控制器/驱动器功能都需要集成到通常只由灯泡本身占用的空间中。


电源转换选择

由于这些空间限制和立法要求,LED内部功率转换的首选拓扑是采用初级端调节(PSR)的单级反激转换器。这可通过使用比次级端调节拓扑更少的器件和更小的电容器来实现,半导体制造商现在提供一系列的器件来满足这一需求。

PSR的一个优点是它不需要任何次级端反馈,这简化了变压器的设计,无需光电隔离。所采用的调节类型对于实现PFC和THD目标也很重要。为了满足这些要求,制造商正在转向非连续导通模式(DCM)。在这种模式下,存储在变压器中的电荷在开关晶体管导通前完全耗尽,因此输出二极管的电压也达到零。这将导致没有电流流过初级端或次级端的一段时间,即所谓的死区时间,因而这种反激拓扑被命名为非连续。它的优点是整个二极管没有损耗,在输出功率较低的应用中,它可以产生一个相对较小的变压器。

但是,它容易受到纹波电流的影响,会导致产生损耗。谷开关是DCM的延伸,当输出电压的振铃处于最低值时使晶体管导通。这发生在死区时间之初的第一次振荡,此时将重新导通晶体管和重新启动功率传输周期。这要求控制器能够检测输出电压上的振铃,并在检测到处于谷底时切换。这通常还需要能够根据输出功率需求改变开关时间;提前导通以满足高需求,或者在需求低的情况下晚一点切换。这种特性也被称为电压折返,改变开关频率可以降低电磁干扰,同时,谷开关也会由于可变的开关时间而导致更高的输出纹波。

DCM和谷开关的一个流行的替代方案是准谐振(QR)模式,也称为临界导通模式(CRM)。在这种模式下,当控制器检测到输出电压上的第一次振荡的底部时,晶体管导通,提供较低的开关损耗和所有模式中最高的效率,但使用QR/CrM实现好的PFC和THD是具挑战性的。


开发一个LED驱动器

关键词:电源转换 驱动器 LED    浏览量:3815

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