高效率的LED路燈電源設計?

高效電源是成功開發白熾燈替換方案的必要因素,但首先會面臨散熱問題。例如,效率為70%的電源會將30%的電能轉換為熱能,除非將熱量散發出去,否則燈泡溫度的陸續上升將會大幅降低LED和電源的使用壽命。更重要的是,使用高效電源是儘量減少所謂的“照明總成本”的一個基本要求。照明總成本包括燈泡(以及更換燈泡)的初始成本和消耗電能的成本構成。如果LED燈製造商希望在LED燈市場上佔取一定份額,他們就必須證明其LED燈與同類產品相比具有較低的總體成本。如圖1所示,即使LED的電源效率提高1%,節能效果也非常明顯。

一、如果電源效率提高1%,10W LED燈(相當於60W白熾燈)將節省0.42美元的電費。因此,如果電源效率提高10%,則一個1,000流明LED燈在其工作壽命期間所節省的總成本將抵消其初始成本,這樣LED燈的“照明總成本”就會低於白熾燈的“照明總成本”。此設計大約需要20個LED。不過,如果使用大量的低電流LED而不是少量的高電流器件,將改善光在所有方向上的傳播效果,並使任何一個LED的功率消耗保持在較低的可控水平,從而降低燈的溫升,以延長燈的使用壽命並提高發光效率。

二、在這個電源設計中,在輸入端進行濾波可減少傳導EMI,全波整流器將在C2上生成直流電壓。負載J2、電感L2和開關控制器U1串聯連接在一起。LinkSwitch-TN器件(U1)在單片IC上集成了一個700V的功率MOSFET、振盪器、簡單的開/關控制電路、高壓開關電流源、頻率抖動電路、逐週期限流器以及熱關斷電路。通過LinkSwitch-TN的開關控制電路可以保持輸出穩壓,從而可以根據電壓變化和負載狀況對開關週期進行使能和禁止(跳過)。在正常工作期間,如果從光耦合器U2的晶體管饋入反饋(FB)引腳的電流超過49μA,則將跳過整個開關週期。每個導通週期開始時FB引腳進行採樣,以確定是否要跳過該週期。

三、在U1導通期間,電流流經電容C4、負載(70V LED串)以及電感L2。除了向負載提供一部分能量外,該電流還使L2儲存一定能量。在U1關斷期間,L2的極性反向,以試圖維持電流。反向極性為續流二極管D5提供前向偏置,以保持電流流動並持續為C4和負載提供能量。電阻R4被用作電流檢測元件,R4上的電壓還會出現在R3和光耦二極管U2A之間,以便為U1提供電流控制反饋。

該電源不僅能滿足EN55022B對傳導EMI的限制(EMI裕量大於10dBμV),還可以在整個工作電壓範圍內達到90%以上的效率(圖3)。220V輸入電壓電源也具有類似性能。

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