白光led驱动设计拓扑结构

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1、白光LED驱动设计拓扑结构作者：SilvestroFimiani，PowerIntegrations公司白炽灯时代即将和我们告别了。整个20世纪，爱迪生发明的白炽灯经受住了时间的考验，成为标准的通用照明工具。但新的照明技术－尤其是发光二极管（LED）－必将最终代替白炽灯和荧光灯。当整个世界都在因为日益上升的能源成本而节省能源预算时，白炽灯照明技术显然站在了错误的一边。一个白炽灯消耗的能源中有97％被浪费。荧光灯虽然稍好一些，但仍然浪费了85％的能量。而且，这两种灯的平均使用寿命都只有大约5000个小时。另外，荧光灯还使用了有毒的汞，发出的光更是颜色粗糙。这两种技术都无法和白光LED相比－

2、它不仅使用寿命是前者的10倍，也不使用有毒物质，而且几乎能发出任何颜色的光。更重要的是，它的光转换效率绝不亚于荧光灯。效率是否使用汞使用寿命颜色白炽灯3%否2000个小时暖色，微黄荧光灯15%是7500个小时冷色，带蓝LED12％-20%否50000个小时任何颜色表格1：各种照明技术对比因此，在通用照明应用领域，向LED技术的过渡将大大降低能源消耗。美国能源部最近一项研究预测指出，到2025年，广泛推广的白光LED将为全球节省10％的电能，节约资金达到1000亿美元。美国圣地亚国家实验室表示，这样的能源节省意味着全球的发电厂每年排放的二氧化碳要减少3.5亿吨。政府领导人都开始注意到了这一

3、点。比如，最近澳大利亚就宣布了一项法令终止使用低效率白炽灯，作为其减少温室气体排放并降低家庭能源支出计划的一部分。尽管白光LED是当今的大规模照明的一个理想方案，但若要把驱动LED的电子设备普及到每一个灯泡中，设计者还面临着不小的挑战。首先，空间的限制要求LED驱动器必须小巧且高效。同时还要考虑散热因素，它对于照明设备的可靠性有重要影响，给设计密度带来了限制。最后，设计者还必须认真考虑其产品的EMI影响。由于用户无法获得驱动设备，设计者可以在低功率（≤3W）照明领域采用基于非隔离式商业成品型(COTS)感应器的降压和降压/升压开关模式电源（SMPS）转换器。这两种电路都不需要变压器，并且

4、具有很多其它优点。本文就将对这两种拓扑进行对比，并讨论每个拓扑的折衷。2个拓扑图1展示了1个被配置成1个基本降压转换器（1a）和1个基本降压/升压转换器的LinkSwitch-TN。LinkSwitch-TN在1张单片IC上集成了1个功率MOSFET、振荡器、简单开/关控制方案、1个高电压开关电流源、频率抖动、逐周限流和热关断电路，从而简化了转换器设计，并减少了组件数量。它是通过DRAIN管脚实现自供电的，因此不需要偏置电源及相关电路。作为一个用于在360mA范围以下代替线性和电容型非隔离式电源的低成本高效型方案，LinkSwitch-TN具有一流的线性调节和复杂调节功能，效率比无源方案

5、要高，而功率因素则高于电容型方案。图1：LinkSwitch-TN作为a)1个降压转换器和b)1个降压/升压转换器的基本配置图1a中所示的降压转换器有很多优点。首先，它使对应某个选定的LinkSwitch-TN设备和感应器数值的输出功率最大化。它还降低了电源开关和续流二极管上的电压应力。另外，该降压转换器中流过输出感应器的平均电流稍低于降压/升压转换器中流过输出感应器的平均电流。降压/升压转换器的配置比起降压转换器有一个主要优势：它的输出二极管是和负载串联的。在降压转换器中，如果MOSFET短路，输入会直接和输出相连。而如果在降压/升压转换器发生MOSFET短路，反向偏置输出二极管会堵住

6、输入和输出之间的通道。在这两个转换器中，交流输入都是由D1,D2,C1,C2,RF1和RF2整流并过滤。2个二极管增强了耐线电涌性能和传到EMI。设计者必须在RF1上采用1个熔断防火电阻，但在RF2上则只需采用1个防火电阻。Linkswitch-TN中的开/关控制是用来调整输出电流的。一旦进入回馈管脚的电流超过了49μA,，MOSFET开关就会失效，以准备下一个开关周期。将热量最小化热管理是LED驱动器设计者面临的一个主要挑战。尽管LED的效率比白炽灯要高，在3W时它的电路还是会达到一个足以危机设备完整性的温度等级。而且，若要将驱动设备集成到一个标准的GU10灯座中，对散热会造成很大的困

7、难。此时，唯一的散热方法就是将热量传导到灯的底座。在上文所谈到的方案中，LinkSwitch-TN可以添加一个热关断电路，在内核温度超过142℃时关闭功率MOSFET，从而保护LED不受损坏。一旦内核温度降低了75℃时，MOSFET就能自动重启。降压/升压拓扑的效率比降压拓扑要稍微低一些，因为电源并不会在每次MOSFET开关开启时都传输到输出处。因此，它产生的热量也相对较多，但二者相差并不大。输入电压(交流)源管脚温度()℃8581