- 反激結(jié)構(gòu)可提供極其均衡的LED驅(qū)動(dòng)器
- 采用在MOSFET中調(diào)節(jié)初級(jí)端峰值電流的方法
- 增加TRIAC點(diǎn)火角檢測電路
LED燈具和燈泡現(xiàn)在正在很多通用照明應(yīng)用中快速取代白熾燈、鹵素?zé)艉虲FL（微型熒光燈）光源。反激式DC/DC轉(zhuǎn)換器是大部分LED驅(qū)動(dòng)選擇的電源結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@些器件能夠?qū)崿F(xiàn)LED與交流線之間的隔離，這是多數(shù)LED燈的安全需求。
幾乎所有直換式LED燈泡都有一個(gè)大的鋁散熱片，形狀要與設(shè)計(jì)相符，有很多鰭片擴(kuò)展表面積。高亮度LED發(fā)熱高，必須將其散到周圍空氣中，以防過熱并延長使用壽命。
盡管LED本身是接觸不到的，但它們通常會(huì)與散熱片保持電氣連接，因?yàn)閮烧咧g的任何隔離物都相當(dāng)于一個(gè)熱屏障。采用隔離器的設(shè)計(jì)需要減薄散熱片，以減少這種屏障，但卻不能提供可靠的電氣隔離。因此，工程師們通常喜歡采用隔離的反激式驅(qū)動(dòng)電路，而不是較為簡單但非隔離的降壓結(jié)構(gòu)。反激式LED驅(qū)動(dòng)器還具有簡單、低成本、實(shí)現(xiàn)高的功率因數(shù)的能力；并且增加一些電路就能兼容于常用的TRIAC（三端交流電）調(diào)光器。
反激式LED驅(qū)動(dòng)電路的核心元件是一個(gè)耦合電感（圖1）。大電壓MOSFET用于切換在DC總線上的電感初級(jí)。當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，電感中的電流上升，能量以磁場形式存儲(chǔ)起來。為此，電感磁芯需要一個(gè)空氣間隙。MOSFT的切換會(huì)中斷初級(jí)電流；因此，電流必須流入次級(jí)繞組，而不是通過二極管并進(jìn)入輸出電容和負(fù)載。在此期間，電感中的能量傳送給輸出端。由于MOSFET導(dǎo)通時(shí)電流不流到輸出端，因此輸出端需要一只存儲(chǔ)電容，為LED提供連續(xù)的電流。
電感的匝數(shù)比使得變壓器既不是降壓也不是升壓；而是必須考慮當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，在初級(jí)繞組上出現(xiàn)的反射電壓。MOSFET漏極上的電壓不得超過其在峰值線路電壓條件下的最大額定漏源電壓，以及最大LED輸出電壓。這個(gè)電壓等于DC總線電壓加上LED輸出電壓，再乘以匝數(shù)比，這就是反射電壓。對于一個(gè)120V的交流電路，MOSFET應(yīng)有400V電壓；對277V的交流或?qū)捿斎敕秶碾娐罚琈OSFET應(yīng)有650V電壓。在這些電壓下可以做出需要次級(jí)匝數(shù)較少的實(shí)用電感設(shè)計(jì)。
反激轉(zhuǎn)換器不斷地通過電感存儲(chǔ)和輸送能量。因此，電感在磁通密度與磁場強(qiáng)度曲線上只工作一個(gè)象限。于是，磁芯必須較大，才能傳送其它更復(fù)雜電源結(jié)構(gòu)所提供的功率，后者對磁芯的利用更高效。反激方案更適用于小于50W的功率水平，這覆蓋了所有螺口直換的LED燈泡產(chǎn)品，以及很多射燈和泛光燈（圖2）。反激設(shè)計(jì)也可以工作在較高功率水平；不過，這些設(shè)計(jì)更復(fù)雜，通常要使用多個(gè)電感，以及MOSFET交錯(cuò)電路。
圖2,反激方案最適用于功耗低于50W的應(yīng)用，覆蓋了所有螺口直換型LED燈泡產(chǎn)品，以及很多射燈和泛光
隨著性能標(biāo)準(zhǔn)逐步覆蓋LED照明產(chǎn)品，對環(huán)境問題的考慮也成為了要求，如高功率因數(shù)。反激LED驅(qū)動(dòng)器可以提供約0.9的功率因數(shù)，它采用無源電路技術(shù)，無需任何會(huì)明顯增加成本和體積的預(yù)調(diào)節(jié)級(jí)。
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為了提供高功率因數(shù)，可以從一個(gè)全波整流的DC總線運(yùn)行反激電路，只使用少量電容做高頻耦合，或者可以增加一個(gè)由兩只電容和三只二極管組成的簡單無源填谷電路（圖3）。第一種方法比較廉價(jià)，但輸出端需要一個(gè)較大的保持電容，防止LED電流跌至接近AC線路的零交越處。因此，這種方法只有在LED為350mA或更小時(shí)才可行。第二種方法是較常用的方法，它增加了一些成本，但克服了第一種方法的局限性。
圖3,為提供高的功率因數(shù)，可以只用一只小電容做高頻耦合，從一個(gè)全波整流的DC總線運(yùn)行反激電路，或者可以增加一個(gè)由兩只電容和三只二極管組成的簡單的無源填谷電路
接下來一個(gè)要考慮的問題是如何調(diào)節(jié)LED電流。使用一個(gè)次級(jí)的電壓與電流檢測電路，用一個(gè)光耦將反饋信號(hào)傳回初級(jí)端的控制IC,就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)調(diào)節(jié)。還有一種方法是，可以僅在MOSFET中調(diào)節(jié)初級(jí)端的峰值電流，而不直接檢測LED的電壓或電流。另一種選項(xiàng)是使用一種初級(jí)檢測方法，它提供了一些電流調(diào)節(jié)和過壓保護(hù)，但無需光耦。
采用次級(jí)電壓與電流檢測電路是最精確的方法，但它需要使用光耦和一個(gè)輸出檢測與穩(wěn)壓電路，所有這些都會(huì)影響空間與成本。調(diào)節(jié)MOSFET中的初級(jí)端峰值電流省掉了大量元件，但控制精度較低，只有在某種線路輸入和LED輸出電壓下，才能提供正確的輸出電流。盡管這種方案可能為某些低端應(yīng)用接受，但它沒有提供對開路狀況的保護(hù)。如果負(fù)載開路，則一個(gè)反激轉(zhuǎn)換的輸出可能產(chǎn)生高電壓，例如，當(dāng)一串LED中的一只失效呈開路狀態(tài)時(shí)，因?yàn)樵陔姼锌梢葬尫牌浯鎯?chǔ)的電流以前，電壓會(huì)持續(xù)升高。
現(xiàn)在，制造商在智能反激控制IC中采用了初級(jí)檢測方法，可以檢測電路初級(jí)端的電流與電壓，并用一種算法確定輸出電流，而無需直接檢測它。采用這種控制器的LED驅(qū)動(dòng)器可以在一個(gè)輸入電壓變動(dòng)區(qū)間上，提供一個(gè)穩(wěn)定的輸出電流，不過它的輸出仍然需要設(shè)定為用于某些數(shù)量的LED,因?yàn)樗荒苷{(diào)節(jié)電壓的變化。這類控制器還可以包含檢測開路狀況的電路，從而限制輸出電壓。這種方法較在MOSFET調(diào)節(jié)初級(jí)端峰值電流方法更精確，因?yàn)榭刂破饔懈叩膹?fù)雜性，但仍然弱于采用光耦的次級(jí)電壓與電流檢測電路。
LED燈泡中的反激驅(qū)動(dòng)器可以采用任何PFC技術(shù)。不過，當(dāng)前的趨勢是用戶可以使用已安裝的TRIAC調(diào)光器。這種方案為LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)增加了更多的復(fù)雜性。TRIAC調(diào)光器一般對容性負(fù)載如固態(tài)電源轉(zhuǎn)換器電路工作不良，因?yàn)楫?dāng)TRIAC點(diǎn)火時(shí)，只有當(dāng)電流保持在一個(gè)預(yù)定閾值以上時(shí)，才能持續(xù)導(dǎo)通電流。在LED驅(qū)動(dòng)器中，一般需要一些額外電路來保證這種活動(dòng)性。沒有這些附加電路，TRIAC的點(diǎn)火就會(huì)不規(guī)則，從而造成閃爍。
解決了這個(gè)問題后， 還必須使LED驅(qū)動(dòng)器能夠根據(jù)調(diào)光器的位置，調(diào)節(jié)LED的輸出電流。最基本的電路取決于當(dāng)調(diào)光器電平下降使輸出電流減小時(shí)的總線電壓降。不過，這種方案提供的性能有限，只能用于調(diào)光器的一部分調(diào)節(jié)范圍。也許，設(shè)計(jì)出能與LED驅(qū)動(dòng)器一起工作的較好調(diào)光器，其意義要高于設(shè)計(jì)更復(fù)雜的LED驅(qū)動(dòng)器，并使之適應(yīng)于原來用于熒光燈的調(diào)光器。盡管這種方案似乎有技術(shù)上的邏輯，但市場現(xiàn)在并沒有采納這個(gè)方向。
現(xiàn)在很多設(shè)計(jì)都提供了很好的調(diào)光控制，方式是增加TRIAC點(diǎn)火角檢測電路，并將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)DC控制電壓，然后相應(yīng)地調(diào)節(jié)輸出電流。不過，這類方案現(xiàn)在需要用很多元件，因?yàn)樗麄儾捎昧嗽贛OSFET中調(diào)節(jié)初級(jí)端峰值電流的方法，這通常需要多只光耦。因此，這類產(chǎn)品的售價(jià)至少要30美元。下一代可調(diào)光的反激設(shè)計(jì)很可能會(huì)采用初級(jí)檢測方法，前提是要有新的更智能的控制IC進(jìn)入市場。
除了用于泛光燈和射燈以外，反激LED也可作熒光燈的替代品，它們看來很類似，但LED有更高的每瓦流明數(shù)，以及更長的壽命（圖4）。例如，你可以將LED串接成長鏈，使之表現(xiàn)為一個(gè)連續(xù)的光源。圖中采用24W LED的產(chǎn)品替代了32W的T8熒光燈。在這個(gè)水平上，反激設(shè)計(jì)為低成本驅(qū)動(dòng)器提供了最佳選項(xiàng)，能同時(shí)滿足安全與性能的要求。
