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如何降低LED照明开关电源待机功耗

钜大LARGE  |  点击量:202次  |  2019年12月26日  

摘要
与普通光源相比,LED灯具有效率高、环保和使用寿命长的特性,因而它们正在成为降低室内和外部照明能耗的主选解决方案。设计用于照明供电的开关电源也应该具有高效率,以便顺应LED灯的节能特性。除了在正常工作过程中具有高功率转换效率之外,开关电源的待机功耗也成为LED业界的普遍关注焦点。

与普通光源相比,LED灯具有效率高、环保和使用寿命长的特性,因而它们正在成为降低室内和外部照明能耗的主选解决方案。设计用于照明供电的开关电源也应该具有高效率,以便顺应LED灯的节能特性。除了在正常工作过程中具有高功率转换效率之外,开关电源的待机功耗也成为LED业界的普遍关注焦点。


在不远的将来,待机功耗有望调整到1W甚至300mW以下。然而,在LED照明应用中,专用于待机电源的辅助功率级并不适用,主要是因为照明应用在工作期间不存在待机条件。但是,为灯泡供电的开关电源即便在没有灯或者灯已损坏的条件下仍然与电网连接并吸取能量。这是在照明应用中关心待机功率水平的主要原因。


在空的办公楼中,待机功耗特性不良的照明系统是不环保的,本文探讨如何引入简单的辅助电路来降低待机功耗。所提议的电路能够实现功率因数校正(PFC)级的间歇工作,该PFC级是降低照明开关电源的待机功耗所必需的。为了评估所提议的电路,我们设计了一个额定功率为120W的两级开关电源,在宽泛的输入电压范围下可以获得低于1W的待机功耗。


两级配置


由于额定功率的原因和改善功率因数的需求,LED街灯的开关电源通常使用两级配置,它由第一级的PFC模块和第二级的下游DC-DC转换器构成。在100W左右的中等功率范围,临界导通模式(CRM)是PFC级合适的控制方案。在这个额定功率范围中,下游DC-DC转换器通常采用准谐振反激拓扑。高度集成的FAN6300脉宽调制(PWM)控制器具有一个内部波谷电压检测器,能够保证电源系统在宽泛的线路电压范围内工作于准谐振状态,并减小开关损耗,使功率MOSFET漏极上的开关电压最小化。


为了最大限度减小待机功耗和改善轻负载效率,专有的绿色模式功能提供关断时间(off-time)调制,以便降低开关频率,并执行延长的波谷电压开关,保证MOSFET在关断时漏-源电压保持在最低水平。使用这项特性,第二DC-DC级在无负载条件下进入间歇工作模式,能够获得非常理想的待机功耗特性。大多数现有的PFC控制器并无间歇工作功能,主要是因为PFC级最初针对消费应用和显示器应用,而在那些应用中为PFC和DC-DC级提供电压源的辅助电源是分离的。在LED照明应用中,通常不采用辅助功率级,因此,应该关断PFC级,否则待机功耗无法低于1W。


PFC级的间歇工作模式


在两级开关电源中,应关断PFC级,以满足待机功耗法规的要求。关断PFC级的主要原因是大多数PFC控制器没有间歇工作(Burst-operation)特性。如果PFC控制器不支持间歇工作模式,PFC级将会连续工作,即便在无负载条件下也会吸取能量。


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