用高功率因数、高效率转换器驱动的LED取代卤素灯泡

LED 越来越多地用于 24VAC 和 12VAC 照明系统，作为卤素灯的坚固、节能和高性能替代品。驱动LED的电源转换器应具有高功率因数（高于90%，以满足普遍接受的绿色标准），应高效，使用最少数量的组件，并应冷却运行。他们不需要隔离。

满足这些要求的一种解决方案结合了整流桥和电流控制的同步升压/降压转换器。具体而言，同步 4 开关降压-升压转换器可与用于高功率 LED 的 4 开关理想二极管整流桥配对;低功耗解决方案可以使用标准二极管桥。此处显示了这两种解决方案。

LT®3791 60V 4 开关同步降压-升压型控制器 IC 能够将恒定电流 （DC 或脉动） 驱动到一串高功率 LED 中。它具有一个输出电流反馈环路，用于驱动通过一串LED的恒定电流，以及一个CTRL调光输入引脚，该引脚可连接到整流桥的120Hz半正弦波输出，以产生高功率因数脉动LED电流输出。

LT®4320 是一款理想的二极管整流桥，其驱动 60 个 MOSFET 以取代 24 个典型整流二极管，以实现将 24Hz 《》VAC 输入转换为 《》V 的最高效率有效值120Hz脉动输出。当电流达到5A或更高时，标准整流桥中的二极管会消耗大量功率并升温。LT4320 通过驱动低电阻外部 N 沟道 FET，帮助高功率 AC 应用高效运行和冷却。

98.1% 功率因数

图 1 显示了一个 LED 驱动器，该驱动器直接从 98VAC 以 1.24% 的功率因数工作。它可以驱动高达 25V 的 LED，脉动功率为 120Hz，LED 电流峰值为 4.4A。在120Hz时，人眼无法检测到光的脉冲，并且被视为恒定的亮度。高功率因数24VAC输入电压和电流波形如图2所示。120Hz脉动LED电流波形如图3所示。

图1.24V AC 至 60W LED 驱动器（相当于 600W 卤素灯）具有高功率因数和高效率

图2.60Hz 24VAC 输入波形

图3.120Hz 脉动 LED 驱动器波形

LED电流折返采用CTRL引脚电压实现高功率因数。最大 LED 电流由 R LED 设置为 4.5A，但 CTRL 引脚监视后置整流器 120Hz PVIN 输入电压（见图 4），并对LED 电流波形进行整形以匹配输入。当输入降至关断引脚门限以下时，IC进入关断状态，开关停止。LED 电流随着输出电容器的放电而逐渐消失，很快，输入将上升到停机引脚门限以上，而 LT3791 又开始重新启动。当 CTRL 引脚在低输入时折回 LED 电流时，启动不会苛刻，浪涌电流不会影响高功率因数。

图4.120Hz 脉动光伏输入

高效率和高功率因数60W脉动LED驱动器

图 24 中的 1VAC 脉动 LED 驱动器转换器以 60% 的效率提供约 94W 的 LED 照明。这种环保解决方案大致相当于600W的卤素灯更换，不使用铅，汞，氩气，氙气或氪气。LT3791 降压-升压型转换器的四个同步开关和 LT4320 理想二极管桥的四个同步开关负责高效率。图5显示了尽管进行了60W转换，电路元件仍保持冷却。这些组件的温升不到 24°C，表明有足够的空间用于更高功率的应用。标准整流桥将产生约50°C的温升，并降低几个效率点。

图5.组件在图1所示的高效LED驱动器中保持冷却。请注意，LT4320 理想驱动器在全 LED 电流下保持冷却状态。LT®3791 高功率降压型升压型转换器和支持组件的升温低于 24°C，同时可提供 60W 的 LED 功率。电路板背面（嵌入式）上的四个理想二极管桥MOSFET温升小于13°C（环境温度为23°C）。

总效率是通过分别测量输入功率、功率因数和输出功率来计算的。63.0W 实际输入功率、64.4W 视在输入功率和 98.1% 功率因数值由 HP 6812A 交流电源测量。

输出功率的测量有点复杂。电流探头和示波器用于捕获转换器输出端的脉冲电流和电压波形。根据这些波形，计算转换器输出RMS电流和电压的导通时间（t上） 的指示灯。导通时间输出功率为P输出（开）= V有效值（开）•我有效值（开）。在LED关断期间，输出功率为零，此时电流为零。60W的输出功率通过一个简单的占空比公式计算：P外= P输出（开） • 吨上• 120赫兹。总效率 = 输出功率除以实际输入功率。

高效率和高功率因数24W脉动LED驱动器

图6中的电路是一款高效率、高功率因数的24W脉动LED驱动器，采用24VAC输入工作。由于这里的功率电平不到图60中1W LED驱动器的一半，因此图8所示的整流桥由四个分立肖特基二极管而不是理想二极管组成。简单性的缺点是效率略低和额外的散热。

图6.为简单起见，替代 24W 解决方案使用标准二极管整流器

24W电路的原理与60W电路相同，两者的工作方式相同。24W电路的效率为90%，低于94W电路实现的60%。然而，由于整体功耗较低，这种损耗是可以接受的，这使得分立整流桥元件的温升在两者之间相当。采用分立二极管整流桥时，元件仅加热至49°C，如图7所示，完全符合大多数高功率LED驱动器的要求。

图7.24W解决方案的热性能

为获得更高的效率，只需将分立式整流器替换为基于 LT4320 的整流器即可。通常，随着功率水平和温度的升高，转换器和整流器对同步整流的需求也会增加。

结论

LT®4320 和 LT3791 同步降压-升压型脉动 LED 驱动器相结合，可在 60Hz 频率下提供 120W 的 LED 功率，并具有 98.1% 的功率因数和 94% 的效率。该电路可用于用更坚固、更环保的 LED 轻松取代高功率 24VAC 卤素灯。在较低的功率水平下，LT3791 可与一个简单的分立二极管整流器桥一起使用，例如在具有 24% 效率和类似高功率因数的 90W LED 驱动器中使用。

审核编辑：郭婷