LED路灯驱动器与电源配置优化方案

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：LED路灯用于户外环境，工作温度变化较大，因此LED照明驱动方案在相当宽的工作环境温度中亦需稳定工作。而采用电子驱动电路的LED灯具在野外照明场合使用时，威胁其可靠性的一个重要方面是雷电感应。而且流经大功率LED的电流不受大功率白光LED串联数量的限制。FAN6961可用于电子镇流器、AC/DC开关电源转换器、适配器和带ZCS/ZVS的反激电源转换器。200W LED路灯的电源设计原理图，如图5-12所示。

LED路灯用于户外环境，工作温度变化较大，因此LED照明驱动方案在相当宽的工作环境温度中亦需稳定工作。所选用LED驱动I_c的工作温度只有在-40～+125℃之间，才能满足路灯在恶劣环境中的工作要求。

目前我国的道路灯具，基本都采用HID光源加配触发器和电感镇流器的模式，这一模式虽然存在能效较低及频闪的问题，但其可靠性是很高的。而采用电子驱动电路的LED灯具在野外照明场合使用时，威胁其可靠性的一个重要方面是雷电感应。空中的闪电发射的是广谱的无线电波，对驱动电路来说属于共模干扰信号，其对地电压可达数百伏到数干伏，很容易击穿驱动电路内的EMC接地电容或较小的对地（对外壳）的电气间隙，造成驱动电路损坏。

恒流源电源的电路驱动方法符合大功率白光LED的非线性U-i曲线特性，避免了因电压轻微波动而造成的电流变动，从根本上解决了大功率LED串联亮度不稳定的问题，保证了大功率LED的发光亮度恒定。而且流经大功率LED的电流不受大功率白光LED串联数量的限制。不同的发光亮度需求，通过灵活地驱动多个大功率白光LED就可以实现。

对于大功率白光LED的并联使用，仍无法保证并联分支LED的发光亮度一致。但可以使用多个恒电流电源，分别驱动不同的并联分支LED，同时保证并联分支LED属性一致。

通用大功率LED照明驱动系统可以采用TI、Intersil、ST、Richtek、Linear、OnSemi的LED驱动器来实现，关键是LED路灯需要的电源输出功率一般要大于100W，因此设计一个高效率的大功率电源是整个系统的关键点。本节简单介绍飞兆半导体（Fairchild）公司的200W电源解决方案。

飞兆200W电源解决方案主要由基于FAN6961电压模式，PFC控制器的高功率因数预稳压器和基于谐振LLC拓扑的隔离型DC/DC转换器构成，输入电压范围为90～265V，可产生六路输出，每路最大输出为0.7A/48V。

FAN6961是8引脚边界模式。PFC控制器，能准时调整输出的DC电压，从而完成功率因数修正。其电源电压高达25V，启动电流低于25mA，工作电流可降低到6mA以下，可以进行零电流检测和逐个周期限流。FAN6961可用于电子镇流器、AC/DC开关电源转换器、适配器和带ZCS/ZVS的反激电源转换器。

高集成度绿色Green FPS功率开关FSFR2100，在LLC谐振转换器设计中可提高效率和系统可靠性，并缩短设计时间。该功率开关提供“系统级封装”方法，集成了所有必需元件，以构建可靠、高效的谐振转换器。并在高热效的9—SIP封装中集成了一个脉冲频率调制（PFM）操纵器、一个高压栅极驱动电路和两个快速恢复MOSFET（FRFET），以及软启动、间歇工作模式和重要的保护功能。

FSFR2100采用零电压开关（ZVS）技术，能够大幅降低MOSFET和整流器的开关损耗。采用该技术，FPS开关无需散热器即可处理高达200W的功率，使用散热器更可处理高达450W的功率。较之于传统的硬开关转换器拓扑，FSFR2100的效率提高了10%。ZVS技术的一个附加优势是能显著降低开关噪声，与硬开关技术相比至少降低了5dB。

FSFR2100的其他主要优势包括内置上桥驱动电路，采用共模噪声消除技术，提供高效的噪声抗干扰能力；MOSFET的快速恢复二极管最大限度地减小了反向恢复效应，防止出现异常运作形态；内置保护功能包括过电压保护（OVP）、过载保护（OLP）、过电流保护（OCP），以及异常过电流保护（AOCP）和内部过热关断（TSD）等。

基于FAN6961的带整流和EMI滤波功能的电路如图5-11所示。200W LED路灯的电源设计原理图，如图5-12所示。

该电源方案的主要优势包括：

① 设计紧凑；

② 全负载效率大于95%；

③ 待机功耗仅为1.2W，EMI很低；

④ 可通过PWM信号调光；

⑤ 只有PFC开关需要加散热片。

LED路灯驱动器与电源配置优化方案

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