半導體大功率LED照明系統解決方案

PFC作為升壓轉換器，在臨界導通模式下運行。它提供了一個(gè)相對穩定的輸出電壓(380VDC)，作為LED驅動(dòng)器輸入電壓。LED驅動(dòng)器作為恒定電流控制降壓轉換器，將更適用于整流輸入電壓。

由于LED驅動(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(cháng)久的使用壽命，不允許使用電解電容器。

這種鎮流器使用EPCOS薄膜電容器來(lái)替代電解電容，根據內部指標對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(cháng)了整個(gè)系統的使用壽命。

第二級是LED驅動(dòng)器，選用了LM3445恒流控制器

LM3445是一個(gè)具有自適應恒定關(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(kāi)關(guān)(TRIAC)調光與脈沖寬度調制(PWM)信號。LM3445為大功率LED照明提供了恒定的電流值，調光解碼器允許更寬范圍的LED調光。圖3詳細地示意了LED驅動(dòng)器在一個(gè)完整交流電周期內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(xiàn)如下：

1.閉合階段

2.導通階段

3.斷開(kāi)階段

4.斷開(kāi)階段，能量轉移至負載

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

該LED驅動(dòng)器采用恒定關(guān)斷時(shí)間控制，通過(guò)一串LED調節電流。當MOSFET導通時(shí)，通過(guò)電感器的LED電流增加，直到達到由參考電壓和電流檢測電阻限定的峰值為止。達到該峰值電流后，MOSFET關(guān)斷，同時(shí)二極管在Toff期間導通。

為驅動(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92%，通過(guò)并聯(lián)其他LM3445可以驅動(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 。其中主電源一側的輸出電壓低于60V，這符合UL1310標準Class 2對最高電壓的限制要求。當隔離系統中要求限定次級電壓時(shí)，唯一的選擇是多串LED。

在次級，LM3464是一款多通道LED驅動(dòng)控制器。作為線(xiàn)性穩壓器，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15個(gè)LED。

每通道最大的平均電流值可達500mA，圖 4 示意了LM3464如何控制絕緣AC/DC 初級離線(xiàn)電源，通過(guò)LM3464發(fā)出的指令可以對Vo動(dòng)態(tài)調整從而使通過(guò)每個(gè)線(xiàn)性穩壓器的電壓值保持最低。Vo的調節基準是參考電壓最高的LED串通道。即使每通道的驅動(dòng)電流達350mA，LM3464的功率效率也可超過(guò)95%。圖1和圖4的一個(gè)重要區別在于LM3464無(wú)需新的開(kāi)關(guān)頻率，這對于控制EMI而言極為重要，因為隨著(zhù)總功率的增加EMI會(huì )越來(lái)越難以控制，而 唯一的開(kāi)關(guān)噪聲來(lái)自于A(yíng)C/DC部分。

結論

本文討論了驅動(dòng)更多數量LED的不同方法。第一個(gè)解決方案使用PFC作為標準的升壓裝置以驅動(dòng)一個(gè)有隔離散熱裝置的LED串(30只) ，這對于需要多串多數量LED的設計工程師來(lái)講是一個(gè)極具吸引力的選擇。示例著(zhù)重于LED的更換，LED燈管的詳細信息可以根據需求提供。如果設計正確，除了高能效以外，LED燈管和鎮流器都有很長(cháng)的使用壽命。對于傳統的照明裝置來(lái)講，維護費用一直是一筆很大的開(kāi)銷(xiāo)，而使用LED燈管能將維護費用降至最低。

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(xiàn)性穩壓器。工程師想給每串LED串配備一個(gè)專(zhuān)屬電源，但是在每個(gè)LED串中使用降壓調節器會(huì )出現問(wèn)題。對于他們來(lái)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(jiǎn)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)。