作為鹵素燈的一種堅固、節能和高性能的替代方案，LED 在 24VAC 和 12VAC 照明系統中得到了越來越多的使用。負責驅動 LED 的電源轉換器應具有一個高功率因數 （高于 90% 以滿足被業界普遍接受的綠色標準），應擁有高效率，使用極少的組件，并應在運行時保持很低的溫升。它們不需要隔離。

　　一款可滿足上述要求的解決方案整合了一個整流器電橋和一個電流控制型同步升壓 / 降壓型轉換器。具體而言，可將一個同步四開關降壓-升壓型轉換器與一個四開關理想二極管整流器電橋配對使用以驅動高功率 LED；較低功率的解決方案可采用一個標準的二極管橋。這兩種解決方案皆示于此。

　　LT3791 60V 四開關同步降壓-升壓型控制器 IC 能把恒定的電流 （DC 或脈動） 驅動至一個高功率 LED 燈串中。該器件具有一個輸出電流反饋環路和一個 CTRL 調光輸入引腳，前者用于驅動恒定電流流過一個 LED 燈串，而后者則可連接至一個整流器電橋的 120Hz 半正弦波輸出以產生一個高功率因數脈動 LED 電流輸出。

　　LT4320 是一款理想二極管整流器電橋，其可取代 4 個典型的整流器二極管來驅動 4 個 MOSFET，從而實現從 60Hz 24VAC 輸入至 24VRMS 120Hz脈動輸出的極高效率轉換。當電流達到 5A 及更高時，標準整流器電橋中的二極管將耗散大量的功率并升溫。LT4320 通過驅動低電阻外部 N 溝道 FET 來幫助高功率 AC 應用以高效率和低溫升的方式運行。

　　98.1% 的功率因數

　　圖 1 示出了一個直接采用 24VAC 以 98.1% 的功率因數運作的 LED 驅動器。其能夠在 LED 電流峰值為 4.4A 的情況下以 120Hz 脈動功率驅動高達 25V LED。在 120Hz 頻率下，人眼察覺不到光的脈動并認為光線的亮度是恒定的。圖 2 示出了高功率因數 24VAC 輸入電壓和電流波形。120Hz 脈動 LED 電流波形示于圖 3。

　　圖 1：24VAC至60W LED驅動器 （等效于600W鹵素燈） 具有高功率因數和高效率

　　圖 2：60Hz 24VAC 輸入波形

　　圖 3：120Hz 脈動 LED 驅動器波形

　　利用 CTRL 引腳電壓完成的 LED 電流折返用于實現高功率因數。最大 LED 電流由 RLED 設定在 4.5A，但是 CTRL 引腳監視經整流之后的 120Hz PVIN 輸入電壓 （見圖 4） 并對 LED 電流波形進行整形以與輸入相匹配。當輸入降至停機引腳門限以下時，IC 進入停機模式且開關操作停止。LED 電流隨著輸出電容器的放電而變小并很快，輸入上升至高于停機引腳門限且 LT3791 啟動后備。由于 CTRL 引腳在低輸入情況下折返 LED 電流，因此啟動條件并不嚴苛，并且浪涌電流不會影響高功率因數。

　　圖 4：120Hz 脈動 PVIN

　　高效率和高功率因數 60W 脈動 LED 驅動器

　　圖 1 中的 24VAC 脈動 LED 驅動器轉換器能夠以 94% 的效率提供大約 60W 的 LED 照明。這款環保型解決方案大致等效于 600W 的鹵素燈照明，而且沒有使用鉛、汞、氬以及氙或氪氣體。LT3791 降壓-升壓型轉換器的 4 個同步開關和 LT4320 理想二極管橋的同步開關負責實現高效率。如圖 5 所示，盡管執行 60W 轉換，電路組件仍然保持低溫狀態。組件的溫升不到 24°C，這表明其為更高功率的應用提供了充足的余量空間。標準的整流器電橋將產生大約 50°C 的溫升，而且運行效率要低好幾個百分點。

　　圖 5：在圖 1 所示的高效率 LED 驅動器中組件保持低溫狀態。請注意，LT4320 理想驅動器可在滿 LED 電流條件下處于低溫運行狀態。在提供 60W 的 LED 功率時，LT3791 高功率降壓-升壓型轉換器和支持組件的溫升小于 24°C。位于電路板背面的 4 個理想二極管橋 MOSFET （嵌入） 的溫升小于 13°C （環境溫度為 23°C）。

　　總效率通過分別測量輸入功率、功率因數和提供的輸出功率來計算。當采用一個 HP 6812A AC 電源，測量值為 63.0W 實際輸入功率、64.4W 視在輸入功率和 98.1% 功率因數。

　　輸出功率的測量稍微復雜一些。使用一個電流探頭和示波器在轉換器的輸出端上捕捉脈動電流和電壓波形。根據這些波形來計算針對 LED 導通時間 （tON） 的轉換器輸出 RMS 電流和電壓。導通時間輸出功率為 POUT（ON） = VRMS（ON） ? IRMS（ON）。在 LED 斷開時間里 （此時電流為零） 輸出功率為零。60W 的輸出功率借助一個簡單的占空比公式來計算：POUT = POUT（ON） ? tON ? 120Hz。總效率 = 輸出功率 ÷ 實際輸入功率。

　　高效率和高功率因數 24W 脈動 LED 驅動器

　　圖 6 中的電路是一款采用 24VAC 輸入運作的高效率和高功率因數 24W 脈動 LED 驅動器。由于此處的功率級別不到圖 1 中 60W LED 驅動器的一半，因此圖 6 中示出的整流器電橋由 4 個分立的肖特基二極管 （而不是理想二極管） 構成。這種出于簡單性所做的折衷其代價是效率略有下降和熱耗散增加。

　　圖 6：供替代的 24W 解決方案為簡單起見采用了一個標準的二極管整流器

　　該 24W 電路的主體與 60W 電路是相同的，而且兩者以同樣的方式運作。24W 電路的效率為 90%，低于 60W 電路所實現的 94%。然而，由于總體功率較低，因此這種損耗還是可以接受的，從而使得兩者的分立式整流器電橋組件中的溫升相當。當采用分立式二極管整流器電橋時，組件僅升溫至 49°C （如圖 7 所示），完全符合大多數高功率 LED 驅動器的要求。

　　圖 7：24W 解決方案的熱性能

　　如欲提高效率，只需用一個基于 LT4320 的整流器替換分立型整流器即可。總體而言，當功率級別和溫度上升時，在轉換器和整流器中運用同步整流的需求程度將隨之攀升。

　　結論

　　LT4320 和 LT3791 同步降壓-升壓型脈動 LED 驅動器相組合，可在 120Hz 頻率下以 98.1% 的功率因數和 94% 的效率提供 60W 的 LED 功率。該電路能夠用更加堅固和環保的 LED 輕松地取代高功率 24VAC 鹵素燈照明方案。在較低的功率級別上，LT3791 可與一個簡單的分立式二極管整流器電橋配合使用，例如：在一個具有 90% 效率和同樣高功率因數的 24W LED 驅動器中。

——本文選自電子發燒友網5月《綠色照明技術特刊》EE Design欄目，轉載請注明出處，違者必究！