如何设计出用于LED街灯照明系统的高效率高可靠性电源

 

新型功率MOSFET系列器件整合了壮大的体二极管功能和疾速开关功能,可在谐振转换器使用完成更高的牢靠性和更高的服从。因为淘汰了栅极电荷和输入电容中存储的能量,因而低落了驱动消耗并进步了开关服从。UniFET II MOSFET系列器件可以以最低的本钱为计划职员供应更高的牢靠性和服从。LED可供应比传统照明光源更高的服从和更长的寿命,因而,该技能正在成为低落室内或室外照明能耗的最新处理计划。在请求以更低本钱完成更高服从和更短命命的街灯照明体系中异样云云。为LED灯供电的开关电源也应该具有很高的服从和耐用性,以确保维持与LED灯具雷同的事情寿命。谐振转换器是这种使用场所中最盛行的电源拓扑之一,由于与以往的电源拓扑比拟,谐振转换器能够进步成效并低落EMI。

软开关是谐振转换器的一个紧张特征。不外运用谐振转换器中的体二极管偶然会招致体系毛病。体二极管中存储的电荷应完整开释,以防止孕育发生大电流和电压尖峰,包罗这些拓扑中很高的dv/dt和di/dt。因而,功率MOSFET的要害参数(如Qrr)和反向规复dv/dt将间接影响谐振转换器的静态功能。本文将要评论辩论的是用于LED街灯照明的开关电源的总体处理计划。新的谐振节制器与新的功率开关组合在一同能够为LED照明电源供应高效处理计划,同时又不会低落转换器的鲁棒性和本钱效益。

应用谐振转换器完成高服从

有多种DC/DC电源转换拓扑能够用来低落开关消耗、功率MOSFET上的器件应力和射频滋扰(RFI),同时完成很高的功率密度。在这些拓扑中,运用MOSFET的体二极管完成零电压开关的谐振转换器,能够完成更高的服从。分外是LLC谐振转换器,它能够在高输出电压和次级整流器上的低电压应力形态下取得高服从,这是由于次级没有电感。别的,LLC谐振转换器在没有负载的前提下也能包管零电压开关(ZVS)。零电压开关技能可以明显低落开关消耗,同时大幅进步服从。别的,零电压开关还能有用低落开关噪声,从而容许运用小尺寸的电磁滋扰滤波器。

因为具有这些共同的功能,LLC谐振转换器正在成为包罗LED街灯照明在内的很多使用的盛行拓扑。FAN7621S供应了构建牢靠、耐用的LLC谐振转换器所必须的统统前提。该器件包罗了高压侧栅极驱动电路、准确的电流节制振荡器、频率限定电路、软启动和内置维护功用,因而能够简化计划、进步产能。

FAN7621S具有多种维护功用,如过压和过流维护(OVP/OCP)、非常过流维护(AOCP)和外部热关断(TSD)。鉴于LED街灯照明体系的特别使用请求,一切维护都具有自启动特征。高压侧栅极驱动电路具有共模噪声抵消功用,这种良好的抗噪声才能可以包管体系稳固事情。在输入短路形态时,最新谐振转换器的事情点还能够挪动到零电流开关(ZCS)地区。图1显现了事情点是怎样挪动的。在这种状况下,零电压开关不再有用,MOSFET将传导分外大的电流。零电流开关事情的最大缺陷是导通点发作硬开关,这将招致MOSFET体二极管孕育发生反向规复应力。

体二极管在很大的dv/dt时会关断,从而孕育发生一个高的反向规复电流尖峰。这些尖峰要比稳固形态的电流幅度超过跨过10倍。云云大的电流会招致消耗增长,并使MOSFET升温。而结点温度的上升将招致MOSFET的dv/dt功能降落。在极度状况下,大概会破坏MOSFET,并致使体系毛病。

图1:依据负载前提发作挪动的LLC谐振转换器事情点

最新的MOSFET技能

MOSFET的体二极管普通具有很长的反向规复工夫和很大的反向规复电荷。虽然功能较差,但这种体二极管常被用作续流二极管,由于其电路简易,在谐振转换器如许的使用中不会增长体系本钱。跟着越来越多的使用将固有体二极管用作体系中的要害元件,飞兆半导体在深化剖析MOSFET毛病机制的前提下,为谐振转换器计划出了一款高度优化的功率MOSFET。这种MOSFET进步了体二极管的耐用性,并且输入电容中存储的能量较少。如表1所示,与替换计划比拟,新型UniFET II MOSFET系列器件的反向规复电荷(Qrr)大幅淘汰了50%和80%。

表1:待测器件的要害目标比拟

MOSFET的电容黑白线性的,取决于漏-源极电压,由于MOSFET电容实践上便是结点电容。在软开关使用中,MOSFET输入电容能够用作谐振元件。当MOSFET导通时,为了支撑零电压开关,从变压器存储的磁能中提取的电流将发作活动,从而给MOSFET输入电容放电。因而,假如MOSFET输入电容存储的能量较小,到达软开关所请求的谐振能量就较小,不会增长轮回能量。与典范开关电源大电容电压下导通电阻雷同的竞争性器件比拟,UniFET II MOSFET系列器件的输入电容存储的能量要少约莫35%。输入电容存储的能量基准如图2所示。

 

图2:输入电容存储的能量

谐振转换器的益处

二极管从导通形态到反向壅闭形态的开关历程被称为反向规复。在二极管的前导游经过程中,电荷被存储在二极管的P-N结中。当施加反向电压时,存储的电荷应开释掉以规复到壅闭形态。存储电荷经过两种征象开释:大反向电流的活动和从新分离。在这个历程中,二极管中将孕育发生很大的反向规复电流。在运用MOSFET体二极管的状况下,一些反向规复电流恰好在N+源极下游过。图3显现了在体二极管反向规复时期的MOSFET毛病波形。关于竞争产物A来说,毛病恰好发作在电流到达dv/dt=6.87V/ns处的峰值反向规复电流之后。这意味着,这个峰值电流触发了寄生BJT。但UniFET II MOSFET系列器件可以在以至更高的dv/dt(14.32V/ns)下正常事情。

 

 

图3:体二极管反向规复时期的电压与电流波形

图4显现了UniFET II MOSFET系列器件的壮大体二极管怎样使处于输入短路形态的转换器牢靠性受害。在输入短路后,事情形式从零电压开关怀换到了零电流开关。因为具有较小的Qrr,UniFET II MOSFET系列器件的电流尖峰要低得多,而最紧张的是,器件没有发作毛病。

 

图4:UniFET II MOSFET系列器件在短路形态下的事情波形

转换器在启动时期还大概发作别的不良举动。图5显现了启动时的开关电流波形。超越27A的大电流尖峰是因为大峰值反向规复电流惹起的,它能触发节制IC的维护功用。相反,UniFET II MOSFET系列器件没有孕育发生高的电流尖峰。

 

图5:启动时的开关电流波形

为了比拟UniFET II MOSFET系列器件和竞争产物的电源转换服从,我们计划了一个150W的半桥LLC谐振转换器。服从丈量效果见图6。在整个输出电压范畴内,UniFET II MOSFET的体系服从都比竞争者高。取得更高服从的重要缘由是因为,更低的Qg和Eoss淘汰了关断消耗和输入电容消耗。

 

图6:LLC谐振转换器的服从比拟

 

关键字:光束灯,7R光束灯,图案灯,15R图案灯

 

SERVICES

CONTACT US

电话:+86 20 66816862

传真:+86 (0)20 61867158

邮箱:info@leeslight.com