通過初級(jí)端調(diào)節(jié)提高HB LED照明效率

　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(zhǎng)、尺寸更小，而且設(shè)計(jì)靈活，已成為傳統(tǒng)白熾燈和鹵素?zé)舻奶娲a(chǎn)品。

　　采用初級(jí)端調(diào)節(jié)控制器的高亮度LED驅(qū)動(dòng)器

　　如上所述，LED照明擁有諸多優(yōu)勢(shì)，但若沒有適當(dāng)?shù)碾妷汉途_的電流，這些器件的壽命不僅會(huì)縮短，其功耗和熱耗也會(huì)增加，最終對(duì)LED造成無法挽回的損害。因此，LED的電流對(duì)照明非常重要?；谶@個(gè)原因，對(duì)HB-LED的壽命而言，帶有出色的恒流技術(shù)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(dòng)器可使用隔離反激式轉(zhuǎn)換器配合次級(jí)端電路調(diào)節(jié)輸出電流來實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。這種方案可提供精確的電流控制，但缺點(diǎn)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(shí)，感應(yīng)電阻RO還會(huì)增加功耗，降低恒流調(diào)節(jié)電源效率。近來，LED驅(qū)動(dòng)器的效率和節(jié)能要求變得越來越重要，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器件數(shù)目并提高效率的初級(jí)端控制方法。

　　初級(jí)端調(diào)節(jié)(PSR)技術(shù)是把離線LED驅(qū)動(dòng)器的成本降至最低的最佳解決方案，它無需在次級(jí)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(jí)端的光耦合器來檢測(cè)輸出信息，如圖2所示。圖2所示為一個(gè)采用初級(jí)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(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，能量存儲(chǔ)在變壓器中。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)(toff)，存儲(chǔ)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(shí)可運(yùn)用一種專有的采樣技術(shù)來對(duì)反射電壓進(jìn)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(guān)輸出電壓信息。然后，采樣得到的電壓與精確的參考電壓進(jìn)行比較，形成一個(gè)電壓回路，從而確定MOSFET的導(dǎo)通時(shí)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(jí)線圈的電感;VIN為變壓器的輸入電壓;ton是MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間;NAUX/NS為輔助線圈與次級(jí)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。

　　這種采樣方案也使得變壓器的放電時(shí)間(tdis)加倍，如圖2所示，輸出電流IO與變壓器的次級(jí)端電流有關(guān)。IO還可通過ipk、tdis求得，如算式(3)所示。PSR控制器利用這個(gè)結(jié)果來確定MOSFET的導(dǎo)通時(shí)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(guān)周期;NP/NS是初級(jí)線圈和次級(jí)輸出線圈的匝數(shù)比;RSENSE為感測(cè)電阻，把變壓器的開關(guān)電流轉(zhuǎn)換為電壓VCS。

　　利用PSR控制器實(shí)現(xiàn)HB LED驅(qū)動(dòng)器

　　這里使用了一個(gè)HB LED驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)三個(gè)串聯(lián)HB LED，輸出規(guī)格為12V/0.35A。若采用集成了一個(gè)PSR控制器和一個(gè)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(dòng)器電路上的信號(hào)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(dǎo)通時(shí)間調(diào)制，來線性降低PWM頻率，使待機(jī)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(jìn)一步提高了EMI性能。

　　實(shí)驗(yàn)顯示，采用這種方法，恒流(CC)調(diào)節(jié)精度可達(dá)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(guān)。115Vac輸入時(shí)效率為77.66%，230Vac輸入時(shí)效率為77.40%，空載時(shí)最大功率為0.115W。由此可見，利用FSEZ1016A便可以獲得一個(gè)外部組件最少、成本最低的照明解決方案。

結(jié)語(yǔ)

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