前言 

LED廠(chǎng)商建議通過(guò)控制正向電流使發(fā)光二極管保持額定的光通量和特定的色溫。鑒于LED的亮度與正向電流值成正比，這個(gè)控制方法是最佳的LED電源解決方案。 

此外，LED的正向電壓與輸出功率受到結溫的嚴格限制，特別是大功率LED更是如此；結溫是眾所周知的影響質(zhì)量和使用壽命的關(guān)鍵參數。  

準確地說(shuō)，隨著(zhù)結溫升高，正向電壓與輸出功率會(huì )逐漸降低，熱漂移會(huì )導致臨界電流升高。 

為了通過(guò)降低正向電壓解決熱漂移問(wèn)題，提高系統總體能效，通過(guò)PWM和/或模擬調光技術(shù)控制亮度，獲得防失效管理和過(guò)熱控制功能，照明系統對具有特定控制功能的LED驅動(dòng)器的需求不斷提高。如果給建筑照明和街道照明等應用增加價(jià)值，還需要在LED驅動(dòng)器內增加遙控功能。 

因為大功率因數交流-直流變流器能夠把電網(wǎng)交流電壓轉換成更高的輸入直流電壓，所以普通照明LED驅動(dòng)器通常采用標準降壓拓撲，這種驅動(dòng)器基于集成一個(gè)功率開(kāi)關(guān)的模擬單片解決方案，最大輸出電流達到350mA。  

如果電壓高于50/60V，因為芯片技術(shù)限制，單片解決方案將無(wú)法勝任。 

很多照明平臺需要那些使用多個(gè)驅動(dòng)器的多路輸出系統，而這將會(huì )增加系統架構和版圖設計的復雜性，結果導致設計成本增加。 

標準解決方案的主要應用限制與基于并聯(lián)電阻器和內部比較器的電流檢測方法有關(guān)。比較器把從靈敏電阻器回饋的電流與內部參考電流值進(jìn)行比較，然后產(chǎn)生一個(gè)用于控制柵極驅動(dòng)電路的輸出信號。  

這個(gè)常用的模擬控制方法實(shí)現了對峰流的控制，因為L(cháng)ED光色漂移在很多要求嚴格的照明應用領(lǐng)域是不準許的，所以這種方法并不是高品質(zhì)照明的最佳解決方案。 

創(chuàng )新的LED驅動(dòng)器 

意法半導體提出一個(gè)能夠滿(mǎn)足照明要求的高成本效益的街道照明平臺解決方案。該方案具有優(yōu)異的性能、超高能效（全負荷時(shí)總體能效大于91%）、完整的防失效管理（過(guò)流保護、過(guò)壓保護和短路保護）功能。 

該平臺由兩大部分組成：電源部分與電流控制器。其中，電流控制器是一個(gè)數字電流控制器。 

電源電路的最大輸出功率達到130W (48V，2.7A)，該電路由兩級電路組成：基于L6562AT的前端功率因數校正器（PFC）和基于L6599AT的LLC諧振轉換器。這個(gè)設計的特點(diǎn)如下： 

●擴展的歐洲輸入交流電壓范圍 (177 ÷ 277 VAC – 頻率 45 ÷ 55 Hz)

●超高能效(全負載是93.85%)免除了對散熱器的需求

●無(wú)電解電容器，長(cháng)久可靠

●符合EN61000-3-2 Class-C (交流諧波)、EN55022-Class-B(EMI)和EN60950的雙絕緣 (SELV)標準 

電流控制器的核心是采用一個(gè)以地線(xiàn)為參考的電流檢測方法，這個(gè)算法是由一個(gè)通用微控制器實(shí)現的，能夠調整反向降壓轉換器的輸出電流。該解決方案無(wú)需差分放大器或誤差放大器，更不需要網(wǎng)絡(luò )濾波器以及其它的外部無(wú)源器件。 

該反向降壓拓撲的模式為連續導通模式(CCM)，選擇CCM模式的原因是反向降壓拓撲的功率開(kāi)關(guān)與地線(xiàn)相連，而不是像標準降壓拓撲那樣連接上橋臂開(kāi)關(guān)。因此，在這個(gè)解決方案中，可直接使用微控制器驅動(dòng)一個(gè)邏輯電平(5V)或超邏輯電平(3.3V)功率開(kāi)關(guān)，無(wú)需任何柵極驅動(dòng)級，這使總體解決方案變得簡(jiǎn)單且成本低廉。圖1所示是完整的照明解決方案。 

圖1:LED街道照明解決方案

靈活性是這個(gè)解決方案的研發(fā)目的，從低功率、低壓到大功率、高壓，該解決方案可單獨驅動(dòng)最多16個(gè)輸出通道。意法半導體擁有街道照明專(zhuān)用產(chǎn)品組合，因此，該解決方案讓設計人員只使用一個(gè)拓撲就能覆蓋各種不同的LED驅動(dòng)系統。

均流檢測:專(zhuān)用的微控制器外設 

電流控制是這個(gè)平臺的與眾不同之處。該解決方案利用微控制器外設（高分辨率定時(shí)器和快速模數轉換器）來(lái)管理電流控制過(guò)程。 

觸發(fā)器/時(shí)鐘控制器是定時(shí)器架構的組件之一，模數轉換器觸發(fā)電路是觸發(fā)器/時(shí)鐘控制器內置的一個(gè)特殊功能，通過(guò)TRGO信號可以管理模數轉換器的四個(gè)觸發(fā)信源事件 (Reset, Enable, Up/Down, Count)。 

在這個(gè)架構內有一個(gè)與PWM周期中心對準的三角形載波，當達到最大計算值時(shí)，該三角形載波利用TRGO信號觸發(fā)模數轉換器，這個(gè)最大值正好是導通時(shí)間(Ton/2)波形周期的中間。 

如果能夠保證連續導通模式運行，這個(gè)觸發(fā)操作與隨后的模數轉換過(guò)程將會(huì )計算出均流值，而不是在電流增大期間通過(guò)軟件處理過(guò)程來(lái)估算均流，如圖2b所示。 

圖2:a) 在導通期間(Ton)的LED電流; b) 在Ton/2期間的模數轉換器觸發(fā)操作 

這個(gè)觸發(fā)功能嵌入在定時(shí)器架構內，因為在轉換數據能夠用于電流回路通過(guò)標準PI控制器調整電流前，轉換操作都是由軟件管理的，所以不會(huì )給CPU增加負荷。 

此外，Ton/2電流值不受開(kāi)關(guān)操作的影響(圖3a)，因為沒(méi)有阻容濾波器引起的延時(shí)，所以電流檢測精度不再是問(wèn)題。具有PWM調光功能的電流調整波形如3b所示。 

圖3:a) LED電流(綠色波形)和并聯(lián)變阻器上的電壓(紫紅色波形); b) LED燈串上的均流控制

一旦轉換操作結束，電流控制立即逐個(gè)通道地每3個(gè)PWM周期執行一次轉換結束中斷服務(wù)處理程序（End Of Conversion Interrupt Service Routine），以確保適合的控制器帶寬。為最大限度地減少因控轉換時(shí)間造成的通道之間電流失匹，當控制器對其中一個(gè)通道進(jìn)行轉換和調整操作時(shí)，同時(shí)還利用不同的采樣時(shí)間控制其余的通道。 

為了在白天改變輸出光通量，調整照明系統的總體亮度，該平臺還在LED整流電路內增加調光功能。 

為了全面地分析采用反向降壓轉換器拓撲實(shí)現的數字電流控制器，圖4對能效與電流負載進(jìn)行了對比分析。在全負載時(shí)，四條通道可實(shí)現97%的總能效，這可滿(mǎn)足主要的節能要求。 

圖4：能效

最后，過(guò)壓保護、過(guò)流保護和LED短路保護(有維修人員檢修的應用情景)進(jìn)一步完善了這個(gè)街道照明平臺的性能和市場(chǎng)競爭力。該平臺的優(yōu)點(diǎn)包括：可以輕松實(shí)現1到16路輸出通道，用軟件和靈活的數字控制器控制的1W、3W或大功率LED的電源模塊，為可調光的多燈串架構的高能效街道照明系統提供最佳的解決方案。