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作者：飛兆半導體公司Peter Hsieh，Leon Lee，Kevin Hsueh 來源:電子產品世界 2009-11-10 高亮度發光二極管(High-Brightness Light Emitting Diode，HBLED) 是一種大功率高亮度的LED，它的壽命更長、尺寸更小，而且設計靈活，已成為傳統白熾燈和鹵素燈的替代產品。 采用初級端調節控制器的高亮度LED驅動器 如上所述，LED照明擁有諸多優勢，但若沒有適當的電壓和精確的電流，這些器件的壽命不僅會縮短，其功耗和熱耗也會增加，最終對LED造成無法挽回的損害。因此，LED的電流對照明非常重要。基于這個原因，對HB-LED的壽命而言，帶有出色的恒流技術的PSR就顯得既重要又有益。 在傳統的LED控制電路中，離線恒定輸出電流LED驅動器可使用隔離反激式轉換器配合次級端電路調節輸出電流來實現，如圖1所示。這種方案可提供精確的電流控制，但缺點是器件數目較多，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，感應電阻RO還會增加功耗，降低恒流調節電源效率。近來，LED驅動器的效率和節能要求變得越來越重要，同時LED應用也需要更小的尺寸，因此傳統電路不再滿足相關要求。本文將介紹一種能夠減少器件數目并提高效率的初級端控制方法。 
初級端調節(PSR)技術是把離線LED驅動器的成本降至最低的最佳解決方案，它無需在次級端使用光耦合器，就能夠提供精確的電流控制。PSR的基本原理是采用一種創新性方法，通過輔助線圈取代次級端的光耦合器來檢測輸出信息，如圖2所示。圖2所示為一個采用初級端控制器的反激式轉換器的基本電路示意圖及其主要工作波形。
當PSR控制器導通MOSFET時，變壓器電流iP將線性地從零增加到ipk，如算式(1)。在導通期間，能量存儲在變壓器中。當MOSFET關斷時(toff)，存儲在變壓器中的能量通過輸出整流器傳送到功率轉換器的輸出端。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。這時可運用一種專有的采樣技術來對反射電壓進行采樣，由于輸出整流器的正向電壓變得恒定，故可獲得相關輸出電壓信息。然后，采樣得到的電壓與精確的參考電壓進行比較，形成一個電壓回路，從而確定 MOSFET的導通時間，并精確調節恒定輸出電壓。
在這算式中，LP為變壓器初級線圈的電感;VIN為變壓器的輸入電壓;ton是MOSFET的導通時間;NAUX/NS為輔助線圈與次級輸出線圈的匝數比;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間(tdis)加倍，如圖2所示，輸出電流IO與變壓器的次級端電流有關。IO還可通過ipk、tdis求得，如算式(3)所示。PSR控制器利用這個結果來確定MOSFET的導通時間，并調節恒定輸出電流。Sense電阻RSENSE用來調節輸出電流的數值。
這里，tS是PSR控制器的開關周期;NP/NS是初級線圈和次級輸出線圈的匝數比;RSENSE為感測電阻，把變壓器的開關電流轉換為電壓VCS。 利用PSR控制器實現HB LED驅動器 這里使用了一個HB LED驅動器來驅動三個串聯HB LED，輸出規格為12V/0.35A。若采用集成了一個PSR控制器和一個600V/1A MOSFET的PSR控制器FSEZ1016A，將有助于減少外部組件數目，減小PCB面積，降低功耗和MOSFET驅動器電路上的信號噪聲，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通時間調制，來線性降低PWM頻率，使待機功耗最小化，從而輕松滿足大多數綠色規范的要求。此外，其內置抖頻功能也進一步提高了EMI性能。 實驗顯示，采用這種方法，恒流(CC)調節精度可達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。115Vac輸入時效率為77.66%，230Vac輸入時效率為77.40%，空載時最大功率為0.115W。由此可見，利用FSEZ1016A便可以獲得一個外部組件最少、成本最低的照明解決方案。
結語 為了提高HBLED的能力，控制電路必須利用恒流來實現LED驅動。本文介紹的“初級端調節”(PSR)專利技術，只須通過PSR控制器，即能夠精確調節變壓器初級端中LED驅動器的電壓和電流，無需次級端反饋電路，從而實現尺寸更小、壽命更長、更環保的產品。實驗顯示PSR能夠提供1.8%的恒流(CC)調節精度，在115Vac輸入時效率為77.66%，230Vac輸入時效率為77.40%，空載時最大功率為0.115W。這種 PSR技術是把離線LED驅動器成本降低的最佳解決方案。 參考文獻： [1] 沈培宏.白光LED技術及進展[J].光電技術.2005,(2) [2] 董永軍，徐明奇，張雪明. 簡單有效的LED照明驅動電路[J].無線電.2009(1) [3] 侯建國，陳鳴，陳健.高亮度白光二極管發光特性的研究[J].光源與照明.2006 [4] 沈培宏.半導體照明簡述[J].光電技術,2005(3) [5] 黃俊，王兆安.電力電子變流技術[M].機械工業出版社.1998 |
