低成本高效率LED驅動(dòng)器

　　隨著(zhù)照明行業(yè)的不斷創(chuàng )新和迅速發(fā)展，加之節能和環(huán)保日益重要，高亮度(HB)LED已從簡(jiǎn)單的指示燈演變?yōu)槌絺鹘y光源的重要照明源。相比其他照明解決方案，HB LED具有數項顯著(zhù)的優(yōu)勢，例如能耗低、壽命長(cháng)和照明質(zhì)量高。不過(guò)，HB LED要想成功取代普通白熾燈進(jìn)入大批量市場(chǎng)，其驅動(dòng)電子裝置的成本必須降至最低。

　　對傳統照明源白熾燈而言，驅動(dòng)是輕而易舉的事情，只要讓燈泡直接與電壓源連接就行了。大多數能源都是以恒定電壓的形式存在的，這使得白熾燈的驅動(dòng)成本相當低。然而，LED有一個(gè)光輸出強度，這與它的電流及正向壓降成正比，并隨溫度而變化。因此，LED需要一個(gè)恒定電流來(lái)驅動(dòng)，并需要額外的電路。傳統上，LED的離線(xiàn)恒定電流驅動(dòng)器一般是采用帶輸出電流調節電路 (見(jiàn)圖1) 的隔離反激式轉換器來(lái)實(shí)現的。通過(guò)一個(gè)檢測電阻測量實(shí)際的LED電壓，然后與參考電壓數值進(jìn)行比較，得出誤差電壓。該誤差電壓經(jīng)由光耦合器被傳送到初級端，用于控制初級端開(kāi)關(guān)器件的占空比。盡管這種方案能夠實(shí)現出色的LED電流調節，但輸出調節電路需要光耦合器、參考電壓和檢測電阻，大大增加了系統成本，降低了總體效率。

　　初級端調節(primary side regulation，PSR)技術(shù)可能是將離線(xiàn)LED驅動(dòng)器的成本降至最低的最佳解決方案。這項技術(shù)只需驅動(dòng)器初級端的信息，就可精確控制次級端的LED電流，不僅消除了輸出電流檢測損耗，同時(shí)省去所有次級反饋電路，從而在不產(chǎn)生龐大成本的前提下提高離線(xiàn)LED驅動(dòng)器設計的效率。此外，該技術(shù)無(wú)須次級端反饋電路，即可調節LED驅動(dòng)器輸出電壓，這相當于提供了一種開(kāi)燈過(guò)壓保護功能，進(jìn)一步確保了驅動(dòng)器的可靠性。本文將論述初級端調節技術(shù)的基本工作原理，并介紹一種高集成度的初級端調節PWM控制器。與傳統的次級端調節方法相比，這種控制器擁有多種顯著(zhù)的優(yōu)勢。

　　初級端調節的基本概念
　　圖2為初級端調節反激式轉換器的基本電路示意圖及其典型波形。一般而言，斷續傳導模式(discontinuous conduction mode，DCM)輸出調節性能較好，因此是初級端調節的首選工作模式。初級端調節的關(guān)鍵在于如何在無(wú)直接檢測的前提下獲得輸出電壓和電流的信息。一旦獲得這些數值，通過(guò)傳統的PI控制方法就可以輕易進(jìn)行控制了。

　　在MOSFET導通時(shí)間(TON)內，初級端電感(Lm)加載輸入電壓(VIN)。于是，MOSFET電流(Ids)從0線(xiàn)性增加到峰值(Ipk)。在這段時(shí)間內，能量從輸入端轉移存儲在電感中。當MOSFET關(guān)斷時(shí)，存儲在電感中的能量促使整流二極管(D)導通。在二極管導通時(shí)間(TD)內，輸出電壓(Vo)加載在次級端電感上(Lm×Ns2/Np2)，二極管電流(ID)從峰值(Ipk×Np/Ns)線(xiàn)性下降至0。在TD結束時(shí)，所有存儲在電感中的能量都釋放到輸出端。在此期間，輸出電壓和二極管正向壓降之和反映到輔助繞組端，表示為(Vo+VF)×Na/Ns。由于二極管正向壓降隨電流減小而減小，在二極管導通時(shí)間結束時(shí)，二極管電流減小為0，故這時(shí)輔助繞組電壓能最好地反映出輸出電壓。因此，通過(guò)在二極管導通時(shí)間結束時(shí)對繞組電壓進(jìn)行簡(jiǎn)單采樣，就可以得到輸出電壓的信息，而二極管導通時(shí)間則可通過(guò)監控輔助繞組電壓而獲得。

　　同時(shí)，輸出電流的估算需要一些乘法計算。假設輸出電流與二極管穩態(tài)時(shí)的平均電流相等，輸出電流可通過(guò)下式估算：Io=Ipk×(Np/Ns)×(TD/2Ts)。輸出電流估算器通過(guò)一個(gè)峰值檢測電路來(lái)獲取漏極電流峰值，并利用二極管導通時(shí)間(TD)計算出輸出電流。

　　集成式初級端調節控制器
　　初級端調節PWM控制器，如飛兆半導體公司的FAN102，是一種專(zhuān)門(mén)處理初級端調節離線(xiàn)LED驅動(dòng)器設計的技術(shù)。這種技術(shù)可顯著(zhù)簡(jiǎn)化滿(mǎn)足更嚴苛效率要求的設計難題，并省去增加成本和可靠性問(wèn)題的外部組件，如光耦合器和KA431。圖3為FAN102的內部模塊示意圖。該器件具有一個(gè)用于誤差放大器的容差為±1%的內部參考電壓，可以根據外部組件的容差將輸入電流/電壓變化減至最小，另外還帶有一個(gè)集成式外部組件溫度變化補償電路，無(wú)論溫度如何變化，均可獲得高精度。其內部振蕩器具有跳頻功能以減小EMI，可在輸入端使用小型線(xiàn)路濾波器。

　　結論
　　結合了采樣和輸出估算的專(zhuān)有技術(shù)可為各種離線(xiàn)LED驅動(dòng)器提供調節精確、成本更低的實(shí)現方案—從街燈到醫療應用，乃至櫥柜燈和臺燈這類(lèi)消費電子應用都可實(shí)現?，F在，這些LED驅動(dòng)器能夠實(shí)現更小的尺寸、更低的成本和更高的效率。