半導(dǎo)體大功率LED照明系統(tǒng)解決方案

PFC作為升壓轉(zhuǎn)換器，在臨界導(dǎo)通模式下運(yùn)行。它提供了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的輸出電壓(380VDC)，作為LED驅(qū)動(dòng)器輸入電壓。LED驅(qū)動(dòng)器作為恒定電流控制降壓轉(zhuǎn)換器，將更適用于整流輸入電壓。

由于LED驅(qū)動(dòng)器具有更高輸入紋波，在380 VDC環(huán)境中將用較小電容。由于故障率較高，為保持長久的使用壽命，不允許使用電解電容器。

這種鎮(zhèn)流器使用EPCOS薄膜電容器來替代電解電容，根據(jù)內(nèi)部指標(biāo)對(duì)所有組件的額降值加以限定，這最大限度地減小了故障率，延長了整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命。

第二級(jí)是LED驅(qū)動(dòng)器，選用了LM3445恒流控制器

LM3445是一個(gè)具有自適應(yīng)恒定關(guān)斷時(shí)間的AC/DC降壓恒流控制器，兼容三端雙向可控硅開關(guān)(TRIAC)調(diào)光與脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)。LM3445為大功率LED照明提供了恒定的電流值，調(diào)光解碼器允許更寬范圍的LED調(diào)光。圖3詳細(xì)地示意了LED驅(qū)動(dòng)器在一個(gè)完整交流電周期內(nèi)Q3的漏源電壓和電流情況。

該周期可劃分為幾個(gè)不同階段，曲線如下：

1.閉合階段

2.導(dǎo)通階段

3.斷開階段

4.斷開階段，能量轉(zhuǎn)移至負(fù)載

圖3：LED驅(qū)動(dòng)器在一個(gè)完整交流電周期內(nèi)Q3的漏源電壓和電流情況

該LED驅(qū)動(dòng)器采用恒定關(guān)斷時(shí)間控制，通過一串LED調(diào)節(jié)電流。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，通過電感器的LED電流增加，直到達(dá)到由參考電壓和電流檢測(cè)電阻限定的峰值為止。達(dá)到該峰值電流后，MOSFET關(guān)斷，同時(shí)二極管在Toff期間導(dǎo)通。

為驅(qū)動(dòng)更多的LED，進(jìn)行了一些改進(jìn)，包括成功串接了60只LED。在輸出功率為70W時(shí)，其總效率可達(dá)92%，通過并聯(lián)其他LM3445可以驅(qū)動(dòng)多串LED(每串30只)，但將需要更多電纜，以連接LED 。

圖4：采用多串LED的解決方案

另一種方法如圖 4 所示 。其中主電源一側(cè)的輸出電壓低于60V，這符合UL1310標(biāo)準(zhǔn)Class 2對(duì)最高電壓的限制要求。當(dāng)隔離系統(tǒng)中要求限定次級(jí)電壓時(shí)，唯一的選擇是多串LED。

在次級(jí)，LM3464是一款多通道LED驅(qū)動(dòng)控制器。作為線性穩(wěn)壓器，每個(gè)LM3464最多可控制四個(gè)外部功率N-MOSFET，因此，能夠控制多串LED，而每串可串聯(lián)多達(dá)15個(gè)LED。

每通道最大的平均電流值可達(dá)500mA，圖 4 示意了LM3464如何控制絕緣AC/DC 初級(jí)離線電源，通過LM3464發(fā)出的指令可以對(duì)Vo動(dòng)態(tài)調(diào)整從而使通過每個(gè)線性穩(wěn)壓器的電壓值保持最低。Vo的調(diào)節(jié)基準(zhǔn)是參考電壓最高的LED串通道。即使每通道的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)350mA，LM3464的功率效率也可超過95%。圖1和圖4的一個(gè)重要區(qū)別在于LM3464無需新的開關(guān)頻率，這對(duì)于控制EMI而言極為重要，因?yàn)殡S著總功率的增加EMI會(huì)越來越難以控制，而 唯一的開關(guān)噪聲來自于AC/DC部分。

結(jié)論

本文討論了驅(qū)動(dòng)更多數(shù)量LED的不同方法。第一個(gè)解決方案使用PFC作為標(biāo)準(zhǔn)的升壓裝置以驅(qū)動(dòng)一個(gè)有隔離散熱裝置的LED串(30只) ，這對(duì)于需要多串多數(shù)量LED的設(shè)計(jì)工程師來講是一個(gè)極具吸引力的選擇。示例著重于LED的更換，LED燈管的詳細(xì)信息可以根據(jù)需求提供。如果設(shè)計(jì)正確，除了高能效以外，LED燈管和鎮(zhèn)流器都有很長的使用壽命。對(duì)于傳統(tǒng)的照明裝置來講，維護(hù)費(fèi)用一直是一筆很大的開銷，而使用LED燈管能將維護(hù)費(fèi)用降至最低。

第二個(gè)解決方案使用一個(gè)一次電源和動(dòng)態(tài)余量控制的多通道線性穩(wěn)壓器。工程師想給每串LED串配備一個(gè)專屬電源，但是在每個(gè)LED串中使用降壓調(diào)節(jié)器會(huì)出現(xiàn)問題。對(duì)于他們來講，這個(gè)解決方案確實(shí)極具吸引力。該LM3464提供了一個(gè)體積更小，價(jià)格更便宜，使用更簡單的選擇，同時(shí)保持高功率效率、高可靠性和極佳的電磁兼容性能(EMC)。