原创 哪个功率开关拓扑适合您？平衡 LED 照明的发光效率和热设计

作者：飞兆半导体 Brian Johnson

在 LED 照明中，给不同功率水平搭配驱动器拓扑充满挑战。 虽然有众多拓扑可选，但哪一个最好地平衡了尺寸、性能和成本呢？ 快速浏览每个功率范围 — 低、中、高 — 的具体要求，推荐适合每个功率范围的最佳功率开关技术。

低功率照明

低功率照明包 括蜡烛、照明球灯泡和 20W 以下的白炽灯。 这些是小灯泡，主要用于住宅和零售场所。 尺寸和成本是两个最大的关注点，所以使用初级端调节 (PSR) 拓扑是一个很好的选择。 一个 PSR 控制器仅使用 LED 灯控制器初级端的信息来精确控制输出电压和电流。 消除了输出电流检测损耗并取消了次级反馈电路。 结果是设计用更少外部元件，满足更紧密的恒定输出电流要求。 一个 20W 的 LED 负载，以 80% 的功率启动，热损失约 4W。 图 1 是一个使用 FL103 的电路样本，飞兆半导体 FPS™ 功率开关器件，是一个带 PSR 功能的控制器。

图 1. 低功率应用上的 PSR 拓扑

需要功率因数校正 (PFC) 时，图 2 是使用 FL7730 的电路示例。

图 2. 低功率应用中使用 PFC 的 PSR 拓扑

中等功率照明

在中等功率范围，LED 灯泡设计适合于筒灯和 L 形灯中使用，运行时最高功率为 50W。 为了满足调节要求，功率因素校正 (PFC) 为必要元素。 为 PFC 增加电路，可使之紧密结合。 使用单级 PFC 拓扑是节约占位面积和成本的好办法，因为它不需要在全桥整流二极管后使用大型电解电容。 图 3 为一个使用 FL6961 的反激式转换器，PFC 控制器以临界导通模式 (CCM) 运行，而且拥有软启动和逐周期电流限制等功能。

图 3. 使用 FLS6961 的单级 PFC 拓扑的简化示意图

图中小电容 (C1) 是为衰减高频噪音滤波器元件。 50W 负载下，功率可高达 84%，剩余 8W 为热损耗。

高功率照明

高功率照明包 括运转功率在 100W 以上的灯，例如：路灯和其他户外灯。 这些灯的设计要求以合理成本获得最佳发光效率。 包括输入阶段的 PFC 功能，使设计符合谐波国际规定。 对于下游转换器，谐振开关技术以正弦方式处理功率，可降低开关损耗，减少噪音。 LLC 谐振开关是一种比较新的技术, 提高了高压下的效率。 LLC 技术（见图 4）建立在更为常见的 L-C 谐振网络上，变压器磁化电感自然地充当变压器初级绕组的分路电感， 这改善了轻负载时的调节率。

图 4. 半桥 LLC 谐振转换器

图 5 以 PFC 输入级和 LLC 拓扑展示了高压驱动器概念。 PFC/LLC 结合最高可产生 92% 的效率。 对于一个 400W 的 LED 驱动器，意味着 32 W 的热损耗。

图 5. 高压功率拓扑，结合 PFC 输入与 LLC 谐振控制

飞兆半导体半桥 LLC 谐振控制器包括 FLS-XS 系列，其结合了具有快速恢复型体二极管的功率 MOSFET 、高端栅极驱动电路、精准的电流控制振荡器、频率限制电路、软启动和内置保护功能。

结论

LED 灯泡的功率范围影响驱动器的成本、尺寸和效率要求。 低功率设计可考虑 PSR 反激式，但是在中等功率应用中，单级 PFC 拓扑可能是最佳选择。 对于高功率装置，与 PFC 输入级结合的 LLC 拓扑可能提供了合适的成本效益。 飞兆支持所有这些拓扑，而且为每个功率范围提供富有创新的解决方案。