其具有更高的可靠性和节能潜力。-德州仪器在线技术支持社区.doc

用切实可行的螺纹旋入式 LED 来替代白炽灯泡可能还需要数年的时间，而在建筑照明中 LED 的使用正在不断增长，其具有更高的可靠性和节能潜力。同大多数电子产品一样，其需要一款电源来将输入功率转换为 LED 可用的形式。在路灯应用中，一种可行的配置是创建 300V/0.35 安培负载的 80 个串联的 LED。在选择电源拓扑结构时，需要制定隔离和功率因数校正 (PFC) 相关要求。隔离需要大量的安全权衡研究，其中包括提供电击保护需求和复杂化电源设计之间的对比权衡。在这种应用中，LED 上存在高压，一般认为隔离是非必需的，而 PFC 才是必需的，因为在欧洲 25 瓦以上的照明均要求具有 PFC 功能，而这款产品正是针对欧洲市场推出的。 就这种应用而言，有三种可选电源拓扑：降压拓扑、转移模式反向拓扑和转移模式 (TM) 单端初级电感转换器 (SEPIC) 拓扑。当 LED 电压大约为80 伏特时，降压拓扑可以非常有效地被用于满足谐波电流要求。在这种情况下，更高的负载电压将无法再继续使用降压拓扑。那么，此时较为折中的方法就是使用反向拓扑和 SEPIC 拓扑。SEPIC 具有的优点是，其可钳制功率半导体器件的开关波形，允许使用较低的电压，从而使器件更为高效。在该应用中，可以获得大约 2% 的效率提高。另外，SEPIC 中的振铃更少，从而使 EMI 滤波更容易。图 1 显示了这种电源的原理图。 图1：转移模式 SEPIC 发挥了简单 LED 驱动器的作用。 该电路使用了一个升压 TM PFC 控制器来控制输入电流波形。该电路以离线为 C6 充电作为开始。一旦开始工作，控制器的电源就由一个 SEPIC 电感上的辅助绕组来提供。一个相对较大的输出电容将 LED 纹波电流限定在 DC 电流的20%。补充说明一下，TM SEPIC中的 AC 电通量和电流非常高，需要漆包绞线和低损耗内层芯板来降低电感损耗。 图 2 和图 3 显示了与图 1 中原理图相匹配的原型电路的实验结果。与欧洲线路范围相比，其效率非常之高，最高可达 92%。这一高效率是通过限制功率器件上的振铃实现的。另外，正如我们从电流波形中看到的一样，在 96% 效率以上时功率因数非常好。有趣的是，该波形并非纯粹的正弦曲线，而是在上升沿和下降沿呈现出一些斜度，这是电路没有测量输入电流而只对开关电流进行测量的缘故。但是，该波形还是足以通过欧洲谐波电流要求的。 图2：TM SEPIC 具有良好的效率和高 PFC 效率。 图2：线路电流轻松地通过 EN61000-3-2 Class C 标准。 感谢 TI 的 Brian King 在实验室试验方面提供的帮助。下次，我们将讨论降低电源噪声的扩频技术，敬请期待。 本文在相同的条件下对SEPIC及反激(Flyback)式拓扑这两种电源进行了比较，阐述了这两种电源方案的元件主要参数和特性，同时基于实例给出了每种拓扑的原型电路设计。文章得出的结论是 SEPIC 的效率更高，但是需要使用更大的磁性元件。 图1：典型汽车立体声音响系统电源演示板 (左边为SEPIC，右边为反激式拓扑)。 在很多时候，设计者们总是要面对一组非孤立存在的电源规格参数，其中输出电压介于输入电压的最大值与最小值之间。他们必须在SEPIC及反激式拓扑之间作出选择。通常，他们会选择反激式拓扑，主要原因是对SEPIC缺乏了解，而这种选择可能并不是最合理的。 表1列出了汽车立体声音响系统的一组电气规格参数。可以看到输入电压范围非常大，从10V到40V，其中10V的电压在大电流以及天气很冷的情况下使用，而在汽车的电池断开时会出现40V的浪涌。15V输出电压是输入电压范围的中间值，需要一个对输入电压降压-升压的拓扑。输出功率大约是26W，此功率在电源效率不太好时会引起散热问题。 以这些规格为实例，图1是最后设计出的电源硬件原型，左边是SEPIC，右边是反激式拓扑。两种设计看上去很像，但是SEPIC的耦合电感要比反激式拓扑的大。在轻负载条件下，SEPIC转换器在连续电流模式(CCM功率因素校正控制器的应用 target=_blankCCM)下工作时需要较多的能量储存，因而需要较大尺寸的磁性元件。 图2是两种拓扑简化的功率转换级电气原理图。图中反激式拓扑也是在CCM模式下工作。电源开关Q3接通，变压器开始充电，Q3断开，变压器的次级电压反转，电流通过D6到达输出端。变压器输出等额的电量为输出电容充电，并输送至负载。通过控制占空比及进入系统的能量增加可以实现对电源的调节。电源开关及二极管都是工作在非箝位感应开关(UIS)模式，换句话说，施加在电源开关及二极管上的电压在很大程度上由变压器的漏感与杂散电容来控制。 图2：SEPIC(左)及反激式拓扑(右)的简化电气原理图。 图