14年12月26日 | 通过:

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反激式转换器是用于开关电源的最佳拓扑之一,而且经济实惠。此外,交流输入的LED照明应用还需要高功率因数和高系统效率。本文评估设计高性能LED照明产品面临的挑战,并展示新一代高度集成PWM控制器如何满足这些要求。

初级端反激式控制器

带初级端调节(PSR)的单级拓扑是LED照明应用的首选拓扑,可在设计中最大程度地减少外部元器件数,并通过取消输入大电解电容和反馈电路最大程度地降低成本。取消输入电解电容的另一个好处是少了一个工作寿命相对较短的元器件。另外,一些能效标准要求LED照明电路板满足高功率因数(PF)(大于0.9)和低总谐波失真(THD)(小于20%)。因此,应采用具有恒定导通时间、固定频率控制的高度集成PWM控制器,以实现最简单的电路设计和卓越的PF/THD性能。图 1显示高度集成PSR PWM控制器的典型应用电路。

严格的LED电流调节是LED照明的另一项重要要求。高度集成PWM控制器应该实施精确的恒流控制功能,以便在输入电压和输出电压变化时保持精确恒定的输出电流。输出电流可利用MOSFET的峰值漏极电流和电感电流的放电时间来估计,因为输出电流是稳态下输出二极管电流的均值。此输出电流信息与内部精确参考值比较以产生误差电压,用于确定占空比。输出恒流可如下精确控制。

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一般来说,PSR最好采用DCM工作模式,因为DCM允许更佳的输出调节。PWM控制器需要根据输出电压来线性更改自己的工作频率,以确保在DCM模式下工作。在PSR拓扑中获得输出电压信息的方法之一是通过连接至VS引脚的电阻分压器来感测辅助绕组电压。当输出电压下降时,次级二极管导通时间增加,同时,PWM控制器的线性频率控制功能使开关周期延长。频率控制还会降低初级rms电流,产生更佳的功率转换效率。

为实现可靠的操作,PWM控制器还应提供保护功能,如LED开路、LED短路和过温保护。一个重要要求是自动降低限流大小,以最小化输出电流并在短路LED条件下保护外部元器件。

电路板级评估

高度集成PWM控制器FL7733A可以满足以上所有要求,为LED照明应用提供最简单的设计。选择20W额定值LED照明功率电路板来评估FL7733A和Fairchild SuperFET®2 MOSFET。SuperFET®2 MOSFET是最新一代超级结技术。除了低导通电阻,SuperFET®2 MOSFET还具有输出电容中存储能量较低的优势(Eoss)。Eoss对于低功率开关LED照明解决方案非常重要,因为每个开关周期都伴随着能量耗散。

图2显示采用额定LED负载启动10分钟后的PF和THD结果。测量的解决方案超过了标准要求,PF大于0.98且THD性能低于10%。图 3是各种交流输入的效率测试结果。SuperFET®2技术在整个输入范围内显示出最佳效率。在高输入电压下的更佳结果是输出电容中的存储能量影响系统效率的良好示例。因为竞争产品MOSFET与SuperFET®2 MOSFET的导通电阻相同,因此,效率差异应该来自开关损耗。如图 4所示,竞争产品MOSFET随着漏极-源极电压增加在输出电容中存储更多的能量。这就意味着,在更高输入电压的开关导通期间,其耗散的能量更多。在图 3中,设备级特性与电路板级测试结果完美匹配。

结论

LED照明电源需要高功率因数、高效率、隔离次级端以满足安全标准,由于空间有限,元器件应更少。FL7733A和SuperFET®2 MOSFET提供了完整解决方案来满足这些要求。

Fig. 1

图 1 PSR PWM控制器FL7733A的典型应用电路

Fig 2

图 2 基于FL7733A的额定20W LED转换器的功率因数和总谐波失真

Fig 3

图 3 MOSFET的系统效率

Fig. 4

图 4 输出电容中的存储能量

 

 

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