通过初级端调节提高HB LED照明效率

作者：飞兆半导体公司Peter Hsieh，Leon Lee，Kevin Hsueh    来源:电子产品世界 2009-11-10

　　高亮度发光二极管(High-Brightness Light Emitting Diode，HBLED) 是一种大功率高亮度的LED，它的寿命更长、尺寸更小，而且设计灵活，已成为传统白炽灯和卤素灯的替代产品。

　　采用初级端调节控制器的高亮度LED驱动器

　　如上所述，LED照明拥有诸多优势，但若没有适当的电压和精确的电流，这些器件的寿命不仅会缩短，其功耗和热耗也会增加，最终对LED造成无法挽回的损害。因此，LED的电流对照明非常重要。基于这个原因，对HB-LED的寿命而言，带有出色的恒流技术的PSR就显得既重要又有益。

　　在传统的LED控制电路中，离线恒定输出电流LED驱动器可使用隔离反激式转换器配合次级端电路调节输出电流来实现，如图1所示。这种方案可提供精确的电流控制，但缺点是器件数目较多，意味着需要更大的板上空间、更高的成本，而且可靠性也较低。同时，感应电阻RO还会增加功耗，降低恒流调节电源效率。近来，LED驱动器的效率和节能要求变得越来越重要，同时LED应用也需要更小的尺寸，因此传统电路不再满足相关要求。本文将介绍一种能够减少器件数目并提高效率的初级端控制方法。

　　初级端调节(PSR)技术是把离线LED驱动器的成本降至最低的最佳解决方案，它无需在次级端使用光耦合器，就能够提供精确的电流控制。PSR的基本原理是采用一种创新性方法，通过辅助线圈取代次级端的光耦合器来检测输出信息，如图2所示。图2所示为一个采用初级端控制器的反激式转换器的基本电路示意图及其主要工作波形。

　　当PSR控制器导通MOSFET时，变压器电流iP将线性地从零增加到ipk，如算式(1)。在导通期间，能量存储在变压器中。当MOSFET关断时(toff)，存储在变压器中的能量通过输出整流器传送到功率转换器的输出端。在此期间，输出电压 VO和二极管的正向电压VF被反射到辅助线圈NAUX，辅助线圈NAUX上的电压可由算式(2)表示。这时可运用一种专有的采样技术来对反射电压进行采样，由于输出整流器的正向电压变得恒定，故可获得相关输出电压信息。然后，采样得到的电压与精确的参考电压进行比较，形成一个电压回路，从而确定 MOSFET的导通时间，并精确调节恒定输出电压。

     
　　在这算式中，LP为变压器初级线圈的电感;VIN为变压器的输入电压;ton是MOSFET的导通时间;NAUX/NS为辅助线圈与次级输出线圈的匝数比;VO是输出电压;VF是输出整流器的正向电压。

　　这种采样方案也使得变压器的放电时间(tdis)加倍，如图2所示，输出电流IO与变压器的次级端电流有关。IO还可通过ipk、tdis求得，如算式(3)所示。PSR控制器利用这个结果来确定MOSFET的导通时间，并调节恒定输出电流。Sense电阻RSENSE用来调节输出电流的数值。

   

　　这里，tS是PSR控制器的开关周期;NP/NS是初级线圈和次级输出线圈的匝数比;RSENSE为感测电阻，把变压器的开关电流转换为电压VCS。

　　利用PSR控制器实现HB LED驱动器

　　这里使用了一个HB LED驱动器来驱动三个串联HB LED，输出规格为12V/0.35A。若采用集成了一个PSR控制器和一个600V/1A MOSFET的PSR控制器FSEZ1016A，将有助于减少外部组件数目，减小PCB面积，降低功耗和MOSFET驱动器电路上的信号噪声，还能够减少干扰。而专有的绿色模式功能可在轻载和无载条件下提供非导通时间调制，来线性降低PWM频率，使待机功耗最小化，从而轻松满足大多数绿色规范的要求。此外，其内置抖频功能也进一步提高了EMI性能。

　　实验显示，采用这种方法，恒流(CC)调节精度可达1.8%，折回(fold-back)电压为4V(如图3所示)，适用于很大的VDD范围，而且CC能力与输出电压有关。115Vac输入时效率为77.66%，230Vac输入时效率为77.40%，空载时最大功率为0.115W。由此可见，利用FSEZ1016A便可以获得一个外部组件最少、成本最低的照明解决方案。

　　结语

　　为了提高HBLED的能力，控制电路必须利用恒流来实现LED驱动。本文介绍的“初级端调节”(PSR)专利技术，只须通过PSR控制器，即能够精确调节变压器初级端中LED驱动器的电压和电流，无需次级端反馈电路，从而实现尺寸更小、寿命更长、更环保的产品。实验显示PSR能够提供1.8%的恒流(CC)调节精度，在115Vac输入时效率为77.66%，230Vac输入时效率为77.40%，空载时最大功率为0.115W。这种 PSR技术是把离线LED驱动器成本降低的最佳解决方案。

　　参考文献：

　　[1] 沈培宏.白光LED技术及进展[J].光电技术.2005,(2)

　　[2] 董永军，徐明奇，张雪明. 简单有效的LED照明驱动电路[J].无线电.2009(1)

　　[3] 侯建国，陈鸣，陈健.高亮度白光二极管发光特性的研究[J].光源与照明.2006

　　[4] 沈培宏.半导体照明简述[J].光电技术,2005(3)

　　[5] 黄俊，王兆安.电力电子变流技术[M].机械工业出版社.1998