作為鹵素?zé)舻囊环N堅(jiān)固、節(jié)能和高性能的替代方案，LED 在 24VAC 和 12VAC 照明系統(tǒng)中得到了越來(lái)越多的使用。負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng) LED 的電源轉(zhuǎn)換器應(yīng)具有一個(gè)高功率因數(shù) （高于 90% 以滿足被業(yè)界普遍接受的綠色標(biāo)準(zhǔn)），應(yīng)擁有高效率，使用極少的組件，并應(yīng)在運(yùn)行時(shí)保持很低的溫升。它們不需要隔離。

　　一款可滿足上述要求的解決方案整合了一個(gè)整流器電橋和一個(gè)電流控制型同步升壓 / 降壓型轉(zhuǎn)換器。具體而言，可將一個(gè)同步四開(kāi)關(guān)降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器與一個(gè)四開(kāi)關(guān)理想二極管整流器電橋配對(duì)使用以驅(qū)動(dòng)高功率 LED；較低功率的解決方案可采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二極管橋。這兩種解決方案皆示于此。

　　LT3791 60V 四開(kāi)關(guān)同步降壓-升壓型控制器 IC 能把恒定的電流 （DC 或脈動(dòng)） 驅(qū)動(dòng)至一個(gè)高功率 LED 燈串中。該器件具有一個(gè)輸出電流反饋環(huán)路和一個(gè) CTRL 調(diào)光輸入引腳，前者用于驅(qū)動(dòng)恒定電流流過(guò)一個(gè) LED 燈串，而后者則可連接至一個(gè)整流器電橋的 120Hz 半正弦波輸出以產(chǎn)生一個(gè)高功率因數(shù)脈動(dòng) LED 電流輸出。

　　LT4320 是一款理想二極管整流器電橋，其可取代 4 個(gè)典型的整流器二極管來(lái)驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) MOSFET，從而實(shí)現(xiàn)從 60Hz 24VAC 輸入至 24VRMS 120Hz脈動(dòng)輸出的極高效率轉(zhuǎn)換。當(dāng)電流達(dá)到 5A 及更高時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)整流器電橋中的二極管將耗散大量的功率并升溫。LT4320 通過(guò)驅(qū)動(dòng)低電阻外部 N 溝道 FET 來(lái)幫助高功率 AC 應(yīng)用以高效率和低溫升的方式運(yùn)行。

　　98.1% 的功率因數(shù)

　　圖 1 示出了一個(gè)直接采用 24VAC 以 98.1% 的功率因數(shù)運(yùn)作的 LED 驅(qū)動(dòng)器。其能夠在 LED 電流峰值為 4.4A 的情況下以 120Hz 脈動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)高達(dá) 25V LED。在 120Hz 頻率下，人眼察覺(jué)不到光的脈動(dòng)并認(rèn)為光線的亮度是恒定的。圖 2 示出了高功率因數(shù) 24VAC 輸入電壓和電流波形。120Hz 脈動(dòng) LED 電流波形示于圖 3。

　　圖 1：24VAC至60W LED驅(qū)動(dòng)器 （等效于600W鹵素?zé)簦?具有高功率因數(shù)和高效率

　　圖 2：60Hz 24VAC 輸入波形

　　圖 3：120Hz 脈動(dòng) LED 驅(qū)動(dòng)器波形

　　作為鹵素?zé)舻囊环N堅(jiān)固、節(jié)能和高性能的替代方案，LED 在 24VAC 和 12VAC 照明系統(tǒng)中得到了越來(lái)越多的使用。負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng) LED 的電源轉(zhuǎn)換器應(yīng)具有一個(gè)高功率因數(shù) （高于 90% 以滿足被業(yè)界普遍接受的綠色標(biāo)準(zhǔn)），應(yīng)擁有高效率，使用極少的組件，并應(yīng)在運(yùn)行時(shí)保持很低的溫升。它們不需要隔離。

　　一款可滿足上述要求的解決方案整合了一個(gè)整流器電橋和一個(gè)電流控制型同步升壓 / 降壓型轉(zhuǎn)換器。具體而言，可將一個(gè)同步四開(kāi)關(guān)降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器與一個(gè)四開(kāi)關(guān)理想二極管整流器電橋配對(duì)使用以驅(qū)動(dòng)高功率 LED；較低功率的解決方案可采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二極管橋。這兩種解決方案皆示于此。

　　LT3791 60V 四開(kāi)關(guān)同步降壓-升壓型控制器 IC 能把恒定的電流 （DC 或脈動(dòng)） 驅(qū)動(dòng)至一個(gè)高功率 LED 燈串中。該器件具有一個(gè)輸出電流反饋環(huán)路和一個(gè) CTRL 調(diào)光輸入引腳，前者用于驅(qū)動(dòng)恒定電流流過(guò)一個(gè) LED 燈串，而后者則可連接至一個(gè)整流器電橋的 120Hz 半正弦波輸出以產(chǎn)生一個(gè)高功率因數(shù)脈動(dòng) LED 電流輸出。

　　LT4320 是一款理想二極管整流器電橋，其可取代 4 個(gè)典型的整流器二極管來(lái)驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) MOSFET，從而實(shí)現(xiàn)從 60Hz 24VAC 輸入至 24VRMS 120Hz脈動(dòng)輸出的極高效率轉(zhuǎn)換。當(dāng)電流達(dá)到 5A 及更高時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)整流器電橋中的二極管將耗散大量的功率并升溫。LT4320 通過(guò)驅(qū)動(dòng)低電阻外部 N 溝道 FET 來(lái)幫助高功率 AC 應(yīng)用以高效率和低溫升的方式運(yùn)行。

　　98.1% 的功率因數(shù)

　　圖 1 示出了一個(gè)直接采用 24VAC 以 98.1% 的功率因數(shù)運(yùn)作的 LED 驅(qū)動(dòng)器。其能夠在 LED 電流峰值為 4.4A 的情況下以 120Hz 脈動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)高達(dá) 25V LED。在 120Hz 頻率下，人眼察覺(jué)不到光的脈動(dòng)并認(rèn)為光線的亮度是恒定的。圖 2 示出了高功率因數(shù) 24VAC 輸入電壓和電流波形。120Hz 脈動(dòng) LED 電流波形示于圖 3。

　　圖 1：24VAC至60W LED驅(qū)動(dòng)器 （等效于600W鹵素?zé)簦?具有高功率因數(shù)和高效率

　　圖 2：60Hz 24VAC 輸入波形

　　圖 3：120Hz 脈動(dòng) LED 驅(qū)動(dòng)器波形

　　利用 CTRL 引腳電壓完成的 LED 電流折返用于實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)。最大 LED 電流由 RLED 設(shè)定在 4.5A，但是 CTRL 引腳監(jiān)視經(jīng)整流之后的 120Hz PVIN 輸入電壓 （見(jiàn)圖 4） 并對(duì) LED 電流波形進(jìn)行整形以與輸入相匹配。當(dāng)輸入降至停機(jī)引腳門(mén)限以下時(shí)，IC 進(jìn)入停機(jī)模式且開(kāi)關(guān)操作停止。LED 電流隨著輸出電容器的放電而變小并很快，輸入上升至高于停機(jī)引腳門(mén)限且 LT3791 啟動(dòng)后備。由于 CTRL 引腳在低輸入情況下折返 LED 電流，因此啟動(dòng)條件并不嚴(yán)苛，并且浪涌電流不會(huì)影響高功率因數(shù)。

　　圖 4：120Hz 脈動(dòng) PVIN

　　高效率和高功率因數(shù) 60W 脈動(dòng) LED 驅(qū)動(dòng)器

　　圖 1 中的 24VAC 脈動(dòng) LED 驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換器能夠以 94% 的效率提供大約 60W 的 LED 照明。這款環(huán)保型解決方案大致等效于 600W 的鹵素?zé)粽彰鳎覜](méi)有使用鉛、汞、氬以及氙或氪氣體。LT3791 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器的 4 個(gè)同步開(kāi)關(guān)和 LT4320 理想二極管橋的同步開(kāi)關(guān)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)高效率。如圖 5 所示，盡管執(zhí)行 60W 轉(zhuǎn)換，電路組件仍然保持低溫狀態(tài)。組件的溫升不到 24°C，這表明其為更高功率的應(yīng)用提供了充足的余量空間。標(biāo)準(zhǔn)的整流器電橋?qū)a(chǎn)生大約 50°C 的溫升，而且運(yùn)行效率要低好幾個(gè)百分點(diǎn)。

　　圖 5：在圖 1 所示的高效率 LED 驅(qū)動(dòng)器中組件保持低溫狀態(tài)。請(qǐng)注意，LT4320 理想驅(qū)動(dòng)器可在滿 LED 電流條件下處于低溫運(yùn)行狀態(tài)。在提供 60W 的 LED 功率時(shí)，LT3791 高功率降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器和支持組件的溫升小于 24°C。位于電路板背面的 4 個(gè)理想二極管橋 MOSFET （嵌入） 的溫升小于 13°C （環(huán)境溫度為 23°C）。

　　總效率通過(guò)分別測(cè)量輸入功率、功率因數(shù)和提供的輸出功率來(lái)計(jì)算。當(dāng)采用一個(gè) HP 6812A AC 電源，測(cè)量值為 63.0W 實(shí)際輸入功率、64.4W 視在輸入功率和 98.1% 功率因數(shù)。

　　輸出功率的測(cè)量稍微復(fù)雜一些。使用一個(gè)電流探頭和示波器在轉(zhuǎn)換器的輸出端上捕捉脈動(dòng)電流和電壓波形。根據(jù)這些波形來(lái)計(jì)算針對(duì) LED 導(dǎo)通時(shí)間 （tON） 的轉(zhuǎn)換器輸出 RMS 電流和電壓。導(dǎo)通時(shí)間輸出功率為 POUT（ON） = VRMS（ON） ？ IRMS（ON）。在 LED 斷開(kāi)時(shí)間里 （此時(shí)電流為零） 輸出功率為零。60W 的輸出功率借助一個(gè)簡(jiǎn)單的占空比公式來(lái)計(jì)算：POUT = POUT（ON） ？ tON ？ 120Hz。總效率 = 輸出功率 ÷ 實(shí)際輸入功率。

　　高效率和高功率因數(shù) 24W 脈動(dòng) LED 驅(qū)動(dòng)器

　　圖 6 中的電路是一款采用 24VAC 輸入運(yùn)作的高效率和高功率因數(shù) 24W 脈動(dòng) LED 驅(qū)動(dòng)器。由于此處的功率級(jí)別不到圖 1 中 60W LED 驅(qū)動(dòng)器的一半，因此圖 6 中示出的整流器電橋由 4 個(gè)分立的肖特基二極管 （而不是理想二極管） 構(gòu)成。這種出于簡(jiǎn)單性所做的折衷其代價(jià)是效率略有下降和熱耗散增加。

　　圖 6：供替代的 24W 解決方案為簡(jiǎn)單起見(jiàn)采用了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二極管整流器

　　該 24W 電路的主體與 60W 電路是相同的，而且兩者以同樣的方式運(yùn)作。24W 電路的效率為 90%，低于 60W 電路所實(shí)現(xiàn)的 94%。然而，由于總體功率較低，因此這種損耗還是可以接受的，從而使得兩者的分立式整流器電橋組件中的溫升相當(dāng)。當(dāng)采用分立式二極管整流器電橋時(shí)，組件僅升溫至 49°C （如圖 7 所示），完全符合大多數(shù)高功率 LED 驅(qū)動(dòng)器的要求。

　　圖 7：24W 解決方案的熱性能

　　如欲提高效率，只需用一個(gè)基于 LT4320 的整流器替換分立型整流器即可。總體而言，當(dāng)功率級(jí)別和溫度上升時(shí)，在轉(zhuǎn)換器和整流器中運(yùn)用同步整流的需求程度將隨之攀升。

　　結(jié)論

　　LT4320 和 LT3791 同步降壓-升壓型脈動(dòng) LED 驅(qū)動(dòng)器相組合，可在 120Hz 頻率下以 98.1% 的功率因數(shù)和 94% 的效率提供 60W 的 LED 功率。該電路能夠用更加堅(jiān)固和環(huán)保的 LED 輕松地取代高功率 24VAC 鹵素?zé)粽彰鞣桨浮Ｔ谳^低的功率級(jí)別上，LT3791 可與一個(gè)簡(jiǎn)單的分立式二極管整流器電橋配合使用，例如：在一個(gè)具有 90% 效率和同樣高功率因數(shù)的 24W LED 驅(qū)動(dòng)器中。