初級側調節提高照明效率 實現低成本高亮LED

為達到高亮度LED對于高可靠度、小體積、高發光效率、低耗電量及低成本的要求，業界現已開發出PSR控制器搭配高亮度LED驅動器方案。PSR控制器突出的恒流技術，能精確提供適當的電壓與電流，提高LED使用壽命，此外，透過PSR高整合度方案，也可進一步縮小LED驅動器與PCB體積，因而開始在產業界嶄露鋒芒。

實現低功耗和高效率技術備受全球關注，由于照明應用占了全球近20%的耗電量，所以照明技術的進步，也會對能源狀況產生巨大的影響。發光二極管(LED)固態照明(SSL)是一種環保技術，具有出色的外形尺寸、使用壽命長、轉換效率高，且功耗比傳統的白熾燈低80%或90%。

在LED SSL中，LED驅動器扮演著重要的角色，因為要靠它來提供保持穩定亮度所需的精確電流。不過，傳統的LED驅動器方案采用次級回饋電路來驅動LED的電壓和電流，但次級回饋電路卻會導致成本和尺寸的增加。本文將介紹一種初級側調節(PSR)專利技術，PSR控制器無需次級端回饋電路，即能夠精確調節變壓器初級側中LED驅動器的電壓和電流。它同時包含頻率抖動功能來降低電磁干擾(EMI)，以及輕載待機模式來減小待機損耗。利用該方案，PSR充電器可以實現比振鈴扼流圈轉換器(RCC)和傳統脈沖寬度調變(PWM)等傳統設計更小的外形尺寸、更低的待機功耗和更高的效率。

LED照明擁有諸多優勢，但若沒有適當的電壓和精確的電流，這些組件的壽命不僅會縮短，其功耗和熱耗也會增加，最終對LED造成無法挽回的損害。考慮到LED與普通二極管在物理特性方面同樣擁有斜率很大的V-I曲線，因而LED的工作電壓對工作電流相當敏感，若變化很大，便會影響HB LED單元的壽命，因此LED的電流對照明非常重要。在這種情況下，對HB LED的壽命而言，帶有出色恒流技術的PSR就顯得既重要又有益。LED驅動器一般采用非隔離降壓轉換器或隔離反激式(Flyback)轉換器。在傳統的LED控制電路中，脫機恒定輸出電流LED驅動器可使用隔離反激式轉換器配合次級側電路調節輸出電流來實現(圖1)。在此，LED電流通過次級側的一個感應(Sense)電阻Ro來測量，并借助光耦合器提供必須的回饋信息。光耦合器在初級側和次級側之間形成隔離，并把反饋訊號耦合到初級側的PWM控制器，為了達到更好的輸出調節，PWM控制器利用光耦合器接收次級側的反饋訊號，以決定金屬氧化物半導體場效晶體管(MOSFET)的工作周期。此方案可提供精確的電流控制，但缺點是組件數目較多，意味著需要更大的電路板空間、更高的成本，且可靠性也較低。同時，感應電阻Ro還會增加功耗和降低恒流調節電源效率。近來，LED驅動器的效率和節能要求變得愈益重要，同時LED應用也需要更小的尺寸，因此傳統電路不再滿足相關要求。本文將介紹一種能夠減少組件數目并提高效率的初級側控制方法。

圖1　采用傳統次級端調節反激式轉換器的 LED 驅動器

PSR技術是把脫機LED驅動器的成本降至最低的最佳解決方案，它毋須在次級側使用光耦合器，就能夠提供精確的電流控制。PSR的基本原理是采用一種創新性方法，利用參考線圈取代次級側的光耦合器來檢測輸出信息。圖2所示為一個采用初級側控制器的反激式轉換器的基本電路示意圖及其主要工作波形。

圖2　采用初級側控制器的反激式轉換器之基本電路示意圖及波形當PSR控制器導通MOSFET時，變壓器電流iP將線性地從零增加到ipk，如算式(1)。在導通期間，能量儲存至變壓器中。當MOSFET關斷時(toff)，儲存在變壓器中的能量會藉由輸出整流器傳送到功率轉換器的輸