LED驱动器中的新型初级端调节恒压解决方案

摘要
在模拟LED调光或非调光应用中，本文建议了一种新型初级端调节恒定电压(PSR-CV)双级解决方案，与目前的单级和传统的三级解决方案相比，可避免低频率电流纹波并保证高功率因数和较低的成本。在初级端中PSR-CV被用于实现高功率因数，简单的电路与次级DCDC级相结合则可以消除低频率电流纹波，实施调光功能。此外，由于次级端中不再需要次级电压或电流检测电路、光耦和低电压应力元件，也降低了系统成本。本文还对PSR-CC（恒定电流）和PSR-CV双级解决方案进行了对比分析。最后，作者制作了一个基于PSR-CV的原型并进行了测试，以验证文中提到的LED驱动器的有效性。

引言

目前，LED照明领域有一种日益流行的趋势，即在保证高功率因数的同时，无线路频率且具有低纹波电流。日本市场要求箝位电流纹波比需小于"1.3"且纹波频率需高于100Hz；能源之星也有类似的要求，输出工作频率必须≥120Hz[1]。

               

                         图1：集成LED灯的能量之星要求

        

                                   CH3： VLED、CH4： ILED

                              图2：17W单级中的线路频率纹波电流 

为了拥有高功率因数，单级PFC PSR-CC没有降压E-cap，因此不能消除线路频率纹波电流。在部分高端照明应用中，不能使用单级PSR-CC。传统解决方案使用三级： PFC级、反激式转换器级和次级DCDC级来解决这个问题，如图3所示。

      

                                           图3：三级解决方案

 

显然，该电路虽然性能不错，但是太复杂，包含太多元件，成本不够低，太占空间。

本文中的双级解决方案采用了PSR技术，在保证高性能（无线路频率纹波电流和高功率因数）的同时节省了一级的成本。第1部分列出了PSR-CC和PSR-CV解决方案的电路性能分析；第2部分则解释了如何实现双级PSR-CV解决方案。第3部分解释了双级PST-CV解决方案原型的实验结果；最后一部分总结了该研究的结论。

 

1. 双级解决方案

从 PSR 技术取决于控制目标的角度来看，总共有两种控制方法： 恒定电压调节和恒定电流调节。

因为LED电流决定了光强度，因此单级

PFC PSR-CC常被用于照明应用中。

        

图4：典型的单级PSR-CC解决方案

 

为了消除线路频率纹波电流，满足严格的标准，我们必须使用多级解决方案。PSR技术不需要次级反馈环路和光耦合器，且其调节功能非常严格，才使双级解决方案得以实现。

基于三级解决方案，我们可以用两种不同的方式来采用PSR技术实现双极解决方案：

 

1.1 双级PSR-CC

 

第一种双级PSR解决方案为将反激式转换器级与次级DCDC级结合为同一级以实现隔离和驱动、LED调光功能，另一级为PFC级。如图4所示，LED电流在初级端进行控制，因此该解决方案又名双级PSR-CC。

        

图4：双级PSR-CC解决方案

 

双级PSR-CC解决方案市场反应良好，特别是在切向调光领域----调光信号来自于交流线路。但是在模拟或PWM调光中，情况则完全不同。由于调光功能是在初级端完成的，从安全角度考虑，该解决方案需要变压器来隔离调光信号。由于是初级调光，调光控制比较复杂，不易实现。此外，由于PSR-CC而导致的相对较弱的CC调节是高端照明应用中的弱点。调光范围也是该拓扑需要考虑的另一个问题。

 

1.2 双级PSR-CV

基于单级解决方案和双级PSR-CC解决方案，另一个适合无线路频率电流纹波应用的新型双级结构也随之面世。该结构的重点在于将PFC级与反激式转换级结合为同一级来实现众所周知的PFC和隔离功能[2]。与PSR-CC相比，其主要区别在于该单级仅控制次级输出电压，并不控制输出电流，因此被命名为PSR-CV。右边是用于驱动或对