介紹

與普通光源相比，LED燈具有效率高、環(huán)保和使用壽命長(cháng)的特性，因而它們正在成為降低室內和外部照明能耗的主選解決方案。設計用于照明供電的開(kāi)關(guān)電源也應該具有高效率，以便順應LED燈的節能特性。除了在正常工作過(guò)程中具有高功率轉換效率之外，開(kāi)關(guān)電源的待機功耗也成為L(cháng)ED業(yè)界的普遍關(guān)注焦點(diǎn)。在 不遠的將來(lái)，待機功耗有望調整到1W甚至300mW以下。然而，在LED照明應用中，專(zhuān)用于待機電源的輔助功率級并不適用，主要是因為照明應用在工作期間 不存在待機條件。但是，為燈泡供電的開(kāi)關(guān)電源即便在沒(méi)有燈或者燈已損壞的條件下仍然與電網(wǎng)連接并吸取能量。這是在照明應用中關(guān)心待機功率水平的主要原因。

在空的辦公樓中，待機功耗特性不良的照明系統是不環(huán)保的，本文探討如何引入簡(jiǎn)單的輔助電路來(lái)降低待機功耗。所提議的電路能夠實(shí)現功率因數校正 （PFC）級的間歇工作，該PFC級是降低照明開(kāi)關(guān)電源的待機功耗所必需的。為了評估所提議的電路，我們設計了一個(gè)額定功率為120W的兩級開(kāi)關(guān)電源，在 寬泛的輸入電壓范圍下可以獲得低于1W的待機功耗。

兩級配置

由于額定功率的原因和改善功率因數的需求，LED街燈的 開(kāi)關(guān)電源通常使用兩級配置，它由第一級的PFC模塊和第二級的下游DC-DC轉換器構成。在100W左右的中等功率范圍，臨界導通模式（CRM）是PFC 級合適的控制方案。在這個(gè)額定功率范圍中，下游DC-DC轉換器通常采用準諧振反激拓撲。高度集成的FAN6300脈寬調制（PWM）控制器具有一個(gè)內部 波谷電壓檢測器，能夠保證電源系統在寬泛的線(xiàn)路電壓范圍內工作于準諧振狀態(tài)，并減小開(kāi)關(guān)損 耗，使功率MOSFET漏極上的開(kāi)關(guān)電壓最小化。為了最大限度減小待機功耗和改善輕負載效率，專(zhuān)有的綠色模式功能提供關(guān)斷時(shí)間（off-time）調制， 以便降低開(kāi)關(guān)頻率，并執行延長(cháng)的波谷電壓開(kāi)關(guān)，保證MOSFET在關(guān)斷時(shí)漏-源電壓保持在最低水平。使用這項特性，第二DC-DC級在無(wú)負載條件下進(jìn)入間 歇工作模式，能夠獲得非常理想的待機功耗特性。大多數現有的PFC控制器并無(wú)間歇工作功能，主要是因為PFC級最初針對消費應用和顯示器應用，而在那些應 用中為PFC和DC-DC級提供電壓源的輔助電源是分離的。在LED照明應用中，通常不采用輔助功率級，因此，應該關(guān)斷PFC級，否則待機功耗無(wú)法低于 1W.

PFC級的間歇工作模式

在兩級開(kāi)關(guān)電源中，應關(guān)斷PFC級，以滿(mǎn)足待機功耗法規的要求。關(guān)斷PFC級的主要原因是大多數PFC控制器沒(méi)有間歇工作（Burst- operation）特性。如果PFC控制器不支持間歇工作模式，PFC級將會(huì )連續工作，即便在無(wú)負載條件下也會(huì )吸取能量。因此，對于帶有現有PFC控制 器的兩級開(kāi)關(guān)電源設計而言，關(guān)斷PFC級是唯一可行的方法。但是，在重新啟動(dòng)PFC級時(shí)會(huì )出現大的沖擊電流，并導致MOSFET等功率開(kāi)關(guān)上電壓或電流應 力的增加。此外，還會(huì )導致LED燈在恒流工作期間出現閃爍。業(yè)界需要找到一種新途徑來(lái)滿(mǎn)足待機功耗法規要求，同時(shí)避免上述問(wèn)題。解決完全關(guān)斷PFC級帶來(lái) 的這些副作用的一個(gè)可行方法是PFC級采用間歇工作方式。

建議使用一種簡(jiǎn)單的輔助電路，將PFC的工作與準諧振反激DC-DC轉換器進(jìn)行同步，因為當DC-DC轉換器開(kāi)始間歇工作時(shí)，PFC級也能夠進(jìn) 入間歇工作模式。一旦第二級反激轉換器結束間歇模式工作，PFC級會(huì )立即退出間歇工作模式。圖1為該輔助電路的工作原理。PFC級的偏置電源受到準諧振反 激DC-DC轉換器反饋的控制。

圖1:建議的實(shí)現PFC級間歇工作的電路

在無(wú)負載條件下，當反激轉換器的反饋電壓下降時(shí)，PFC級的電源電壓被切斷，PFC控制器停止工作。圖2顯示負載從滿(mǎn)負載到無(wú)負載，再到滿(mǎn)負載過(guò)程 中的工作波形。一旦第二級反激轉換器進(jìn)入間歇工作，PFC級便進(jìn)入間歇工作模式，并與反激轉換器同步停止間歇工作模式。通過(guò)對PFC級執行間歇工作，可以 消除可能引起潛在問(wèn)題的大浪涌電流，并且大幅降低待機功耗。為了評測PFC級的間歇工作，使用FAN7930臨界導通模式PFC控制器、帶間歇工作功能的 準諧振反激控制器FAN6300A以及所提議的PFC控制電路，設計了一個(gè)用于LED街燈的的120W（48V/2.5A） LEB-016演示線(xiàn)路板。如圖2所示，建議的電路工作出色。表1所示為在各種輸入線(xiàn)路電壓下的待機功耗測量值�？梢宰C明：在寬泛的輸入范圍內，可以使待 機功耗降低80%以上。還可以在高線(xiàn)路輸入電壓下獲得低于0.3W的待機功耗。

圖2:進(jìn)入間歇工作（左圖）并返回到滿(mǎn)負載工作（右圖）

表1:待機功耗

結論

這是一種簡(jiǎn)單但非常有效的改善照明開(kāi)關(guān)電源待機功耗的方法。這個(gè)建議的電路可以使PFC級與第二級DC-DC轉換器同步進(jìn)行間歇工作。這種方法 消除了與關(guān)閉和重啟PFC級相關(guān)的涌入電流問(wèn)題。建議的電路可以有效降低待機功耗。通過(guò)評測線(xiàn)路板驗證，在較寬的輸入電壓范圍內，可以使待機功耗小于 1W.所提議的方法對于通常沒(méi)有待機功率調節模塊的照明應用具有很大的吸引力。