超结MOSFET在照明电源领域的应用分析

一、照明概况

照明是运用多种光源来照亮工作、生活场所或特定物体的方法。根据光源的来源，可以将其分为两类：利用自然光源如太阳和天空的称为“天然采光”；而利用人工光源的被称为“人工照明”。

照明的首要目标是创造良好的视觉可见度和令人感到舒适愉悦的环境，供足够的照度以满足人们的需求（一般照明）、强调特定特征以便识别（道路照明、广告标识等）、强调建筑物等（建筑照明、重点照明等）、创造舒适的光环境（家庭照明等）、营造特定氛围（商业舞台照明）以及满足其他特殊目的（生化实验、医疗、植物栽培等）。

进入21世纪后，白光LED得到了快速发展，其节能灯发光效率大幅提高，远超过传统白炽灯，逐渐逼近荧光灯。随着材料技术、芯片尺寸和外观工艺的进一步发展，商用LED灯的光通量提高了数十倍。过去微弱发光的LED正预示着LED灯的全新时代即将到来。

LED（Lighting Emitting Diode）照明是一种使用发光二极管的照明技术，它是一种半导体固态发光器件。LED利用固态半导体芯片作为发光材料，当半导体中的载流子发生复合时，会释放出过剩的能量，从而导致光子的发射。这些光子直接产生红、黄、蓝和绿色的光。基于三基色原理，通过添加荧光粉，LED可以发出各种颜色的光。

二、市场分析

根据初步数据，我国照明相关企业数量在十三五规划期间突破了2万家。这些企业呈现出蓬勃发展的态势，不断增强着经济实力。随着LED技术成熟和灯珠成本降低、性价比逐渐提高，LED产品在各种下游应用领域渗透率提升，中国LED照明市场规模逐年上涨，2021年市场规模达10227亿元，同比增长15.13%，预计2023年市场规模将达12130亿元。在LED照明应用市场的快速增长推动下，中国LED驱动电源的市场需求也呈增长趋势。据统计，中国LED驱动电源产值由2016年198亿元增长至2022年的434.6亿元。预计2023年LED电源市场规模477亿，CACR为9%。

三、产品应用及优势

不带PFC小功率LED拓扑

将AC-DC转换与LED驱动两部分电路整合在一起，均位于照明灯具内，省下了LED光条中集成的线性或DC-DC转换器。这种整体式方案的电源转换段更少，减少元器件使用数量(如光学元件、LED.电子元件及印制电路板等) 、降低系统成本，并支持更高的LED电源总体能效。 小功率LED驱动电源采用单级PSR Flyback电路，要求HV MOSFET的EMI特性好、EAS能力强。分享一个案例：

整改前surge电流波形(220Vac,1300V/90°）

Surge改善对策

整改后surge电流波形(220Va1300V/90°）

带PFC中小功率LED拓扑

大功率LED区域照明应用中，一种常见的电源架构是“功率因数校正 (PFC) +恒压(CV) 流(CC)”的三段式架构。这种架构的设计提供了能够现场升级的模块化途径，可根据实际需求，灵活改变LED光条数量，从而增加或减小光输出，满足具体区域照明应用要求。这种架构下，交流-直流 (AC-DC) 转换与LED驱动电路并未集成在一起，而是采用分布式配置，既简化安全考虑又增强系统灵活性，也称作分布式方案，典型应用包括线性灯及线槽灯等。

PFC+QR反激，第一级PFC电路，要求内阻小，电路启动时，冲击电流较大，要求MOSFET有较强的EAS能力；初级MOS要求开关的速度是适中，EMI特性好。

大功率PFC+LLC  LED拓扑

业界对超高能效的LED照明拓扑结构兴趣日浓，期望在更大功率的100 W至250 W LED区域照明应用中提供高能效(如高于90%)。要提供这样高的能效，需要采用高能效的电源拓扑结构，如谐振半桥双电感加单电容(LLC) 拓扑结构，从而充分发挥零电压开关 (ZVS) 的优势。 PFC+LLC拓扑，第一级PFC电路，要求内阻小，电路启动时，冲击电流较大，要求MOSFET有较强的EAS能力；后级LLC谐振电路，要求MOSFET的Body Diode具有较强的di/dt能力，较小的Qrr。 LED照明市场应用，龙腾半导体的高压SJ MOS， 其产品优势： 1.针对PFC拓扑，优化EAS，增强抗雪崩能力、增强抗浪涌能力；

2.针对QR反激拓扑，优化开关速度，更容易通过EMI测试；

3.针对LLC拓扑，优化体二极管，增强di/dt能力，降低Qrr和驱动干扰；

4.优化Qg和Coss/Ciss比值，降低驱动损耗，提升驱动抗干扰能力。

四、LED照明电源龙腾MOSFET选型表

注：以上信息与数据出自龙腾半导体市场部，转载请注明出处。

编辑：黄飞