本文探讨用于恒流输出LED的初级端调节(PSR)离线式镇流器设计,减少部件数目和延长部件寿命,令到产品成本效益更好、更环保。
大多数大功率LED的电子镇流器采用恒流工作模式。由于LED的电压-电流(V-I)曲线特征的缘故,必需使用一个限流元件来确保稳定运作。因此,通常都将LED串联,并使用一个电流源来驱动。
实现恒流电源的传统方法是测量负载电流,例如使用旁路电阻来测量,并将测量信号反馈给PWM控制器。实际上,除非系统不考虑功耗和能效,否则旁路电阻上产生的电流信号往往太小,必需使用某种手段进行放大,例如可使用一个单级双极结型晶体管(BJT)放大器或采用集成运算放大器。
BJT具有一个优点,本身自带“参考电压”,即基极-发射极二极管的正向电压VBE。但这个正向电压不是很精确,且负温度系数较大。如果在手机充电器等注重成本效益的产品中采用BJT,有需要对VBE的负温度系数进行某种补偿的问题,如图1中的正温度系数热敏电阻THR1。
该示意图进一步显示了设计电流源电源单元(PSU)时的其它考虑事项。在无负载电流时,输出电压将上升至无法接受的高数值,因而需要附加的电压调节环路,这里使用参考电压/误差放大器KA431来实现。最终,如果输出端必须与电源输入相隔离,必需在反馈路径上使用一个光耦合器,该光耦合器常常被忽略,可能影响PSU的使用寿命。
对消费电子来说,如有10000小时的寿命就算很不错了,大多数消费电子不需要这样长的寿命,但对照明产品来说,情况就不同了。无疑,人们都期望镇流器与光源部分的寿命同样长。但由于在许多情况下,照明设备每天要使用相当长的时间,人们不愿意在每次灯泡坏时都更换电子装置,而是希望镇流器寿命达到50000小时以上。
实际上,电解电容器是寿命最短的电子部件,而在荧光灯镇流器中则要求使用寿命超长,因而会使用高成本部件。电解电容器和光耦合器件的使用寿命在高温下都会缩短。与荧光灯不同,LED必需进行冷却,通常采用整个发光体作为散热体。这样,镇流器的环境温度,以及光耦合器件的环境温度都会非常高。因此,LED镇流器设计中最好不采用光耦合器。
对于恒压输出,有一个众所周知的解决方案,即反激式初级端调节(PSR)。初级端调节PSU不采用任何来自次级端的反馈电路,因而减少了部件数目及成本,同时大幅度提高了可靠性。这种电路结构最近已经扩展到恒流输出应用中。