高效率的LED路灯电源设计

高效电源是成功开发白炽灯替换方案的必要因素，但首先会面临散热问题。例如，效率为70%的电源会将30%的电能转换为热能，除非将热量散发出去，否则灯泡温度的陆续上升将会大幅降低LED和电源的使用寿命。更重要的是，使用高效电源是尽量减少所谓的“照明总成本”的一个基本要求。照明总成本包括灯泡(以及更换灯泡)的初始成本和消耗电能的成本构成。如果LED灯制造商希望在LED灯市场上占取一定份额，他们就必须证明其LED灯与同类产品相比具有较低的总体成本。如图1所示，即使LED的电源效率提高1%，节能效果也非常明显。 一、如果电源效率提高1%，10W LED灯(相当于60W白炽灯)将节省0.42美元的电费。因此，如果电源效率提高10%，则一个1,000流明LED灯在其工作寿命期间所节省的总成本将抵消其初始成本，这样LED灯的“照明总成本”就会低于白炽灯的“照明总成本”。此设计大约需要20个LED。不过，如果使用大量的低电流LED而不是少量的高电流器件，将改善光在所有方向上的传播效果，并使任何一个LED的功率消耗保持在较低的可控水平，从而降低灯的温升，以延长灯的使用寿命并提高发光效率。 二、在这个电源设计中，在输入端进行滤波可减少传导EMI，全波整流器将在C2上生成直流电压。负载J2、电感L2和开关控制器U1串联连接在一起。LinkSwitch-TN器件(U1)在单片IC上集成了一个700V的功率MOSFET、振荡器、简单的开/关控制电路、高压开关电流源、频率抖动电路、逐周期限流器以及热关断电路。通过LinkSwitch-TN的开关控制电路可以保持输出稳压，从而可以根据电压变化和负载状况对开关周期进行使能和禁止(跳过)。在正常工作期间，如果从光耦合器U2的晶体管馈入反馈(FB)引脚的电流超过49μA，则将跳过整个开关周期。每个导通周期开始时FB引脚进行采样，以确定是否要跳过该周期。 三、在U1导通期间，电流流经电容C4、负载(70V LED串)以及电感L2。除了向负载提供一部分能量外，该电流还使L2储存一定能量。在U1关断期间，L2的极性反向，以试图维持电流。反向极性为续流二极管D5提供前向偏置，以保持电流流动并持续为C4和负载提供能量。电阻R4被用作电流检测元件，R4上的电压还会出现在R3和光耦二极管U2A之间，以便为U1提供电流控制反馈。该电源不仅能满足EN55022B对传导EMI的限制(EMI裕量大于10dBμV)，还可以在整个工作电压范围内达到90%以上的效率(图3)。220V输入电压电源也具有类似性能。