1、高效率LED驅動器IC設計2021年LED通用照明驅動技術研討會 Copyright 2009 Power Integrations#關于關于Power Integrations用于高能效電源轉換的高壓集成電路業界的領先供應商可以為消費類電子產品、計算機、通訊、工業控制及照明運用提供首屈一指的電源處理方案已為市場提供數十億個器件高效節能領域的先驅(EcoSmart)擁有業界領先的產質量量與交付才干全球技術支持網絡 Copyright 2009 Power Integrations#高效率有助于實現集成設計高效率有助于實現集成設計低功耗有助于在燈泡交換中采用集成的LED驅動器燈杯里面的功率略有添

2、加，便會提高幾度溫度并降低可靠性 效率的提升有助于提高市場對LED燈的接受程度 所采用的高能效鎮流器可以在整個LED燈生命周期內節省能源，發揚應有的價值 Copyright 2009 Power Integrations#隨著發光效率的提高，功率需量應有所下降隨著發光效率的提高，功率需量應有所下降挑戰：設計功率低于挑戰：設計功率低于5 W的極高效率的極高效率LED驅動器驅動器LED Road Map OIDA800流明燈流明燈 Copyright 2009 Power Integrations#主要功耗要素主要功耗要素二極管二極管0.6 W開關開關0.5 W輸入二極管輸入二極管0.2 W變壓器

3、變壓器 0.2 W恒流電路恒流電路 0.3 W其他其他 0.1 W提供提供5 W輸出將總共產生輸出將總共產生2 W損耗損耗 傳統的反激式轉換器傳統的反激式轉換器LED驅動器驅動器 Copyright 2009 Power Integrations#初級側控制可省去電流檢測初級側控制可省去電流檢測省去光耦器、次級反響電路及一切次級側CC/CV控制電路 LinkSwitch-II 5% CC/CV完全省去電流檢測所產生的耗散 Copyright 2009 Power Integrations#高頻率高頻率 = 低變壓器耗散低變壓器耗散LinkSwitch-II以85 kHz任務可減少變壓器中的繞組

4、層數降低導通損耗降低與漏感相關的開關損耗由于采用PI橫向技術，MOSFET開關損耗的添加可以忽略不計45 kHz變壓器85 kHz變壓器 Copyright 2009 Power Integrations#高頻率高頻率 = 低輸出二極管耗散低輸出二極管耗散低頻率任務低頻率任務高頻率任務高頻率任務輸出二極管中輸出二極管中的電流的電流與輸出二極管相關的導通損耗的計算公式如下：Plosses=Vo*Iavg+rd*Irms2假設將頻率提高2倍，Irms將減小2倍第二項與功耗相關，將減小4倍對于肖特基二極管來說，任務頻率介于45 kHz和85 kHz之間的開關損耗添加可以忽略不計 Copyright

5、2009 Power Integrations#高VOR設計允許運用低壓輸出二極管 使二極管中的功耗最多減少15%高VOR可減小初級側電流減小MOSFET中的耗散 12 V設計設計7 V設計設計PI分立分立PI分立分立最大最大Vin375375375375Vo121277Vor90509050Pivs641063863Vdrain584500584500安全系數安全系數1.251.251.251.25二極管二極管Vr10020060100二極管二極管Vf0.851.000.700.85二極管安全裕量二極管安全裕量36%94%36%37%MOSFET VD700600700600MOSFET安全

6、裕量安全裕量17%17%17%17%700 V MOSFET支持具有高支持具有高VOR的設計的設計 Copyright 2009 Power Integrations#隔離式設計方案需求隔離式設計方案需求16個外圍元件個外圍元件滿載時效率為76%板面積：26 mm x 16 mmDER-206 Copyright 2009 Power Integrations#適宜非隔離式設計的抽頭電感降壓拓撲構造適宜非隔離式設計的抽頭電感降壓拓撲構造抽頭降壓拓撲構造非常適宜高輸入輸出電壓比(Vin/Vout)的非隔離式LED驅動器Irms開關電流較小導通損耗極小 運用低壓肖特基二極管比600 V超快速二極管

7、的導通損耗更小 1/ 2*NNIILEDsIsILED Copyright 2009 Power Integrations#非隔離式設計方案需求非隔離式設計方案需求12個外圍元件個外圍元件88 KHz設計可減小電感尺寸EE10磁芯700 V MOSFET允許無箝位設計效率極高(81%)22.9 mm43.2 mm350mA12 V(DER-186) Copyright 2009 Power Integrations#用EE10電感器交換EE16變壓器無箝位設計，可節省兩個電容、一個電阻和一個二極管將輸入電容從10+4.7 F減小到4.7+4.7 F簡化了EMI濾波器設計只需一個470 H電感器

8、，后者需求兩個1000 H電感器和兩個10 K電阻省去了輸出二極管緩沖電路將外部分立元件數從27個減至15個滿載時的效率從76%提升至81%抽頭降壓式電路與反激式電路比較：抽頭降壓式電路與反激式電路比較：350 mA 4.2 W(DER-186)(DER-185) Copyright 2009 Power Integrations#提升效率的其他方法提升效率的其他方法在下面的拓撲構造中，損耗集中在D1和U1運用低電流/高電壓LED可減小D1和電感器中的損耗此方法可使70 V LED燈串和130 mA LED實現90%的效率 Copyright 2009 Power Integrations#低

9、電流設計方案低電流設計方案允許引入高效、簡單的升壓恒流僅需16個元件在230 V輸入條件下效率90%與T8 LED管匹配的超小型設計 Copyright 2009 Power Integrations#LLC可提高功率可提高功率75 W以上運用的效率以上運用的效率PFC是高功率設計方案的強迫性技術要求如LED路燈運用升壓+反激式設計方案很難實現85%以上的效率運用升壓+LLC電路設計，可隨便實現92%的效率 Copyright 2009 Power Integrations#采用LLC+同步整流可將效率提高至95%驅動器效率提高10%，相當于LED燈在35Kh的運用壽命內至少節省80美圓的本錢

10、LLC可提高功率可提高功率75 W以上運用的效率以上運用的效率 Copyright 2009 Power Integrations#LLC整流器整流器 LLC MOSFETPFC電感電感LLC變壓器變壓器輸入橋輸入橋PFC升壓升壓MOSFETPFC升升壓二極壓二極管管設計范例：設計范例： 運用運用HiperPLC器件的器件的150 W LED路燈路燈(DER-212) Copyright 2009 Power Integrations#PI-XLS設計軟件設計軟件可加快PFC+LLC復雜電路的設計速度 實時電路模擬允許對LLC采用嚴厲的設計方法迭代設計以優化性能節省時間和本錢電路參數計算PFC

11、軌電壓與開關頻率對比關系實時圖軌電壓與開關頻率對比關系實時圖開關頻率開關頻率(kHz)體電壓體電壓(Vdc)100200300滿載最小負載 Copyright 2009 Power Integrations#結論結論 高效率驅動器有助于LED的推行運用在功率低于5 W的LED燈的整個運用壽命內，可節省5美圓的能源本錢低功率設計方案的初級控制可消除電流檢測中產生的功耗隔離式LED驅動器僅需25個元件非隔離式LED驅動器僅需15個元件經優化的開關頻率可減少輸出二極管及變壓器中的功耗10 W驅動器實現90%的效率，且具有高輸出電壓LED必需串聯，而不是并聯LLC電路能使高功率設計方案實現92%的效率 Copyright 2009 Power In