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用于LED街灯照明系统的高效率高可靠性电源设计(图)

2012-03-21 14:17
Timeless落尘
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  LED可提供比传统照明光源更高的效率和更长的寿命,因此,该技术正在成为降低室内或室外照明能耗的最新解决方案。在要求以更低成本实现更高效率和更长寿命的街灯照明系统中同样如此。为LED灯供电的开关电源也应该具有很高的效率和耐用性,以确保维持与LED灯具相同的工作寿命。谐振转换器是这种应用场合中最流行的电源拓扑之一,因为与以往的电源拓扑相比,谐振转换器可以提高功效并降低EMI。

  软开关是谐振转换器的一个重要特性。不过使用谐振转换器中的体二极管有时会导致系统故障。体二极管中存储的电荷应完全释放,以避免产生大电流和电压尖峰,包括这些拓扑中很高的dv/dt和di/dt。因此,功率MOSFET的关键参数(如Qrr)和反向恢复dv/dt将直接影响谐振转换器的动态性能。本文将要讨论的是用于LED街灯照明的开关电源的总体解决方案。新的谐振控制器与新的功率开关组合在一起可以为LED照明电源提供高效解决方案,同时又不会降低转换器的鲁棒性和成本效益。

  利用谐振转换器实现高效率

  有多种DC/DC电源转换拓扑可以用来降低开关损耗、功率MOSFET上的器件应力和射频干扰(RFI),同时实现很高的功率密度。在这些拓扑中,使用MOSFET的体二极管实现零电压开关的谐振转换器,可以实现更高的效率。特别是LLC谐振转换器,它可以在高输入电压和次级整流器上的低电压应力状态下获得高效率,这是因为次级没有电感。另外,LLC谐振转换器在没有负载的条件下也能保证零电压开关(ZVS)。零电压开关技术能够显著降低开关损耗,同时大幅提高效率。此外,零电压开关还能有效降低开关噪声,从而允许使用小尺寸的电磁干扰滤波器。

  由于具有这些独特的性能,LLC谐振转换器正在成为包括LED街灯照明在内的许多应用的流行拓扑。FAN7621S提供了构建可靠、耐用的LLC谐振转换器所必需的一切条件。该器件包含了高压侧栅极驱动电路、精确的电流控制振荡器、频率限制电路、软启动和内置保护功能,因此可以简化设计、提高产能。

  FAN7621S具有多种保护功能,如过压和过流保护(OVP/OCP)、异常过流保护(AOCP)和内部热关断(TSD)。鉴于LED街灯照明系统的特殊应用要求,所有保护都具有自启动特性。高压侧栅极驱动电路具有共模噪声抵消功能,这种优秀的抗噪声能力能够保证系统稳定工作。在输出短路状态时,最新谐振转换器的工作点还可以移动到零电流开关(ZCS)区域。图1显示了工作点是如何移动的。在这种情况下,零电压开关不再有效,MOSFET将传导特别大的电流。零电流开关工作的最大缺点是导通点发生硬开关,这将导致MOSFET体二极管产生反向恢复应力。

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