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超結(jié)MOSFET在照明電源領(lǐng)域的應(yīng)用

龍騰半導(dǎo)體 ? 來(lái)源:龍騰半導(dǎo)體 ? 2023-09-08 10:52 ? 次閱讀
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一、照明概況

照明是運(yùn)用多種光源來(lái)照亮工作、生活場(chǎng)所或特定物體的方法。根據(jù)光源的來(lái)源,可以將其分為兩類:利用自然光源如太陽(yáng)和天空的稱為“天然采光”;而利用人工光源的被稱為“人工照明”。

照明的首要目標(biāo)是創(chuàng)造良好的視覺可見度和令人感到舒適愉悅的環(huán)境,供足夠的照度以滿足人們的需求(一般照明)、強(qiáng)調(diào)特定特征以便識(shí)別(道路照明、廣告標(biāo)識(shí)等)、強(qiáng)調(diào)建筑物等(建筑照明、重點(diǎn)照明等)、創(chuàng)造舒適的光環(huán)境(家庭照明等)、營(yíng)造特定氛圍(商業(yè)舞臺(tái)照明)以及滿足其他特殊目的(生化實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療、植物栽培等)。

進(jìn)入21世紀(jì)后,白光LED得到了快速發(fā)展,其節(jié)能燈發(fā)光效率大幅提高,遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)白熾燈,逐漸逼近熒光燈。隨著材料技術(shù)、芯片尺寸和外觀工藝的進(jìn)一步發(fā)展,商用LED燈的光通量提高了數(shù)十倍。過(guò)去微弱發(fā)光的LED正預(yù)示著LED燈的全新時(shí)代即將到來(lái)。

LED(Lighting Emitting Diode)照明是一種使用發(fā)光二極管的照明技術(shù),它是一種半導(dǎo)體固態(tài)發(fā)光器件。LED利用固態(tài)半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料,當(dāng)半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合時(shí),會(huì)釋放出過(guò)剩的能量,從而導(dǎo)致光子的發(fā)射。這些光子直接產(chǎn)生紅、黃、藍(lán)和綠色的光?;谌?,通過(guò)添加熒光粉,LED可以發(fā)出各種顏色的光。

二、市場(chǎng)分析

根據(jù)初步數(shù)據(jù),我國(guó)照明相關(guān)企業(yè)數(shù)量在十三五規(guī)劃期間突破了2萬(wàn)家。這些企業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì),不斷增強(qiáng)著經(jīng)濟(jì)實(shí)力。隨著LED技術(shù)成熟和燈珠成本降低、性價(jià)比逐漸提高,LED產(chǎn)品在各種下游應(yīng)用領(lǐng)域滲透率提升,中國(guó)LED照明市場(chǎng)規(guī)模逐年上漲,2021年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)10227億元,同比增長(zhǎng)15.13%,預(yù)計(jì)2023年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)12130億元。在LED照明應(yīng)用市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)推動(dòng)下,中國(guó)LED驅(qū)動(dòng)電源的市場(chǎng)需求也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)LED驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)值由2016年198億元增長(zhǎng)至2022年的434.6億元。預(yù)計(jì)2023年LED電源市場(chǎng)規(guī)模477億,CACR為9%。

三、產(chǎn)品應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

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不帶PFC小功率LED拓?fù)?/strong>

AC-DC轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動(dòng)兩部分電路整合在一起,均位于照明燈具內(nèi),省下了LED光條中集成的線性或DC-DC轉(zhuǎn)換器。這種整體式方案的電源轉(zhuǎn)換段更少,減少元器件使用數(shù)量(如光學(xué)元件、LED.電子元件及印制電路板等) 、降低系統(tǒng)成本,并支持更高的LED電源總體能效。

小功率LED驅(qū)動(dòng)電源采用單級(jí)PSR Flyback電路,要求HV MOSFET的EMI特性好、EAS能力強(qiáng)。分享一個(gè)案例:

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wKgZomT6jJaAX3GDAAMoeEJiPEI465.png

整改前surge電流波形(220Vac,1300V/90°)

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Surge改善對(duì)策

wKgZomT6jJaAJDowAAL9H7LPKLI704.png

整改后surge電流波形(220Va1300V/90°)

wKgaomT6jJaAb9_rAAB7WFTC4KU863.png

帶PFC中小功率LED拓?fù)?/strong>

大功率LED區(qū)域照明應(yīng)用中,一種常見的電源架構(gòu)是“功率因數(shù)校正 (PFC) +恒壓(CV) 流(CC)”的三段式架構(gòu)。這種架構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了能夠現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)的模塊化途徑,可根據(jù)實(shí)際需求,靈活改變LED光條數(shù)量,從而增加或減小光輸出,滿足具體區(qū)域照明應(yīng)用要求。這種架構(gòu)下,交流-直流 (AC-DC) 轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動(dòng)電路并未集成在一起,而是采用分布式配置,既簡(jiǎn)化安全考慮又增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性,也稱作分布式方案,典型應(yīng)用包括線性燈及線槽燈等。

PFC+QR反激,第一級(jí)PFC電路,要求內(nèi)阻小,電路啟動(dòng)時(shí),沖擊電流較大,要求MOSFET有較強(qiáng)的EAS能力;初級(jí)MOS要求開關(guān)的速度是適中,EMI特性好。

wKgZomT6jJeAETzHAACL6SShT2Y332.png

大功率PFC+LLC LED拓?fù)?/strong>

業(yè)界對(duì)超高能效的LED照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)興趣日濃,期望在更大功率的100 W至250 W LED區(qū)域照明應(yīng)用中提供高能效(如高于90%)。要提供這樣高的能效,需要采用高能效的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如諧振半橋雙電感加單電容(LLC) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從而充分發(fā)揮零電壓開關(guān) (ZVS) 的優(yōu)勢(shì)。

PFC+LLC拓?fù)?,第一?jí)PFC電路,要求內(nèi)阻小,電路啟動(dòng)時(shí),沖擊電流較大,要求MOSFET有較強(qiáng)的EAS能力;后級(jí)LLC諧振電路,要求MOSFET的Body Diode具有較強(qiáng)的di/dt能力,較小的Qrr。

LED照明市場(chǎng)應(yīng)用,龍騰半導(dǎo)體的高壓SJ MOS,

其產(chǎn)品優(yōu)勢(shì):

1.針對(duì)PFC拓?fù)?,?yōu)化EAS,增強(qiáng)抗雪崩能力、增強(qiáng)抗浪涌能力;

2.針對(duì)QR反激拓?fù)?,?yōu)化開關(guān)速度,更容易通過(guò)EMI測(cè)試;

3.針對(duì)LLC拓?fù)?,?yōu)化體二極管,增強(qiáng)di/dt能力,降低Qrr和驅(qū)動(dòng)干擾;

4.優(yōu)化Qg和Coss/Ciss比值,降低驅(qū)動(dòng)損耗,提升驅(qū)動(dòng)抗干擾能力。

四、LED照明電源龍騰MOSFET選型表

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審核編輯:湯梓紅

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