驱动高功率LED照明应用的一种新方法

概述

PFC电路的输出为反向降压电路的输入。反向降压经过配置，产生一个恒定电流输出。这种电流下，系统闭环位于附近。它产生的电流输出向下游供给 DC/DC 变压器电路，而该电路由一个半桥接控制器、两个 MOSFET、电容 C1 和 电容 C2 以及一些变压器组成。之后，该电流经过半桥接 MOSFET 开关，到达串联变压器的一次侧。电容 C1 和 C2 服务于许多功能。它们可用于为半桥接建立一个分压器，同时它们还是谐振电路的组成组件，也是 DC 阻断电容，这有助于防止变压器饱和。

谐振运行允许 MOSFET 开关以零电压开关 (ZVS) 进行开关运行。这就降低了开关损耗，并强制输出二极管至零电流开关 (ZCS)，从而有助于效率最大化。

现已转换为 AC 电流的 DC 电流通过所有串联变压器的一次侧前后谐振。可串联放置的变压器一次侧数目十分灵活，因为可以选择绕组比来支持许多变压器或 LED 串。计算匝数比需要考虑的是串数，这是由于其规定了变压器的数目以及每个串的正向电压。

设计考虑因素

要获得功率转换的最高可达效率，目标就是尽可能地处理最少的功率。要达到这个目的，我们需要尽可能地接近输入电压来工作。由于大多数高功率照明应用都支持有源 PFC 的使用，为了简单起见，我们将只把它看作是功能模块，并给其输出分配一些典型值。

由于大多数有源 PFC 电路都起到一个升压转换器的作用，因此 PFC 输出电压的设定必须要高于最高 AC 线压的峰值。85 – 265VAC 一般输入范围时，其为大约 375V。增加一些动态范围上限，以获得裕度和容差，这时 400V 便为一个典型的设定值。要确保下游降压拥有 PFC 输出变化的较多动态范围上限，就需要增加稍多的裕度，以适应约 40V 的纹波。这就使我们的反向降压最小输入运行点为大约 360V。

为保证降压输出具有一定的顺从电压，以让其能够正常地工作，这就需要也给它一定的动态范围上限，并将其输出范围限定在 280V。

既然我们都了解我们的各个边界，那么就让我们来看看如何通过降压和变压器匝比来计算恒定电流值的一个设计实例。

在本例中，我们使用了两个变压器来驱动四个 LED 串，其电流为 1A。每个串都拥有十只高功率 LED。

假设：LED 正向电压 Vf = 3.5V，且一个串电压=35V

由于我们将 DC 降压的输出工作点设定在 280V，因此它现在作为 DC/DC 变压器电路的输入。这就意味着，施加于串联一次侧的电压将为电容分压器（由 C1 和 C2 组成）电压的 1/2，从而在串联一次侧布局上获得 140V 的电压。

现在，匝数比的计算就变得十分容易了，如方程式 1 所示：

每个变压器的一次侧电压 (VP) =桥接电压/变压器数=140V/2=70V



匝数比（方程式 1）

其中：
NP = 一次侧匝数
NS =二次侧匝数
VS =二次侧或 LED 串电压
VP =每个一次绕组两端的电压

要计算反向降压的电流输出设定值，其中每个变压器驱动两个 LED 串，首先必须认识到交替半周期中每个变压器中只有一个串在导电。这就是说，在睡眠期间维持 LED 导电而必须向导电串提供的电流必须是 LED 电流的两倍。理想 LED 电流为 1A 的这种情况下，每半个周期向 LED 和滤波器电容提供的电流为 2A。

要计算降压稳压器，设定电流值 (ISet) 如方程式 2 所示：


（方程式 2）

结论

正如您所见，确定变压器要求是一件非常简单的事情，同时使得 SIMPLE 驱动成为能够满足许多不同照明应用的一种极为灵活的解决方案。如果您想要让 SIMPLE 驱动成为您众多 LED 照明应用模块方法的一部分，您需要考虑上游功率级，例如：半桥中的功率处理组件、反向降压和 PFC 等，因为必须调整它们的大小来应对您希望驱动器满足的最高功率级。