相較于傳統(tǒng)的照明技術，LED燈具有較高的效率，及更長的使用壽命。因而成為首選的燈泡類型，以期減少室內(nèi)/外照明的能耗。事實上，對于街燈而言，更高的效率和更長的壽命對于降低成本是不可或缺的。為LED燈供電而設計的開關電源也必須具有高效率和耐用性，以確保其具有與LED燈同樣長的免維護使用期。在這裡，諧振轉(zhuǎn)換器是最流行的電源拓撲之一，這是因為相較于先前的電源拓撲，它們的性能帶來了更高的電源效率，并可減少EMI。軟開關是諧振轉(zhuǎn)換器的一項重要特點。但諧振轉(zhuǎn)換器中使用寄生二極體（body diode）有時會導致系統(tǒng)失效。儲存在寄生二極體中的電荷必須被完全清除，以避免出現(xiàn)大電流和電壓突波，包括拓撲結(jié)構(gòu)中的高dv/dt和高di/dt。因此，功率MOSFET的關鍵參數(shù)如Qrr和反向恢復dv/dt，會直接對諧振轉(zhuǎn)換器的動態(tài)性能產(chǎn)生影響。本文將探討針對LED街燈照明的開關電源之整體解決方案。新的諧振控制器結(jié)合新的功率開關，可為LED照明電源提供高效解決方案，同時不會影響轉(zhuǎn)換器的耐用性和成本效率。
諧振轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)高效率
市場上已經(jīng)有多款DC-DC功率轉(zhuǎn)換拓撲可用來減少功率轉(zhuǎn)換損耗、MOSFET元件應力和射頻干擾（radio frequency interference， RFI），同時實現(xiàn)高功率密度。其中，採用MOSFET的寄生二極體來實現(xiàn)零電壓開關（zero voltage switching， ZVS）的諧振轉(zhuǎn)換器，已獲業(yè)界證實為可達到更高效率的有效元件。特別地，由于次級端沒有電感器，LLC諧振轉(zhuǎn)換器可在高輸入電壓下達到高效率，并且次級整流管上的電壓應力較低。此外，即便空載條件下，LLC諧振轉(zhuǎn)換器也能確保零電壓開關的工作。ZVS技術能夠大幅地減少轉(zhuǎn)換損耗并大幅提高效率。零電壓開關也顯著地減少了開關雜訊，允許使用小型電磁干擾濾波器。鑒于這些獨特的特性，LLC諧振轉(zhuǎn)換器正成為一種廣為業(yè)界所採用的拓撲，用于包括LED街燈的眾多應用之中。FAN7621S提供了建構(gòu)可靠、穩(wěn)健LLC諧振轉(zhuǎn)換器所需的全部功能，包含高端閘極驅(qū)動電路、精確的電流受控振盪器、頻率限制電路、軟啟動和內(nèi)建的保護功能，能夠簡化設計和提高生產(chǎn)力。它所提供的多種保護功能包括了過壓和過流保護（OVP/OCP）、異常過流保護（AOCP）和內(nèi)部過熱關斷（TSD）功能。
鑒于LED街燈照明的特殊應用要求，所有的保護功能可以自動重新啟動，高端閘極驅(qū)動電路具有共模消噪性能和優(yōu)良的抗噪性能，以確保工作時的穩(wěn)定性。即便使用最新的諧振控制器，在短路輸出狀況下，轉(zhuǎn)換器的工作點可以移入零電流開關（ZCS）區(qū)域。圖1所示為工作點的移動狀況。在此一狀況下，ZVS丟失而MOSFET上流過極大的電流。ZCS工作的最嚴重缺點是在啟動時發(fā)生硬開關，這會導致MOSFET寄生二極體產(chǎn)生反向恢復應力。寄生二極體在很大的dv/dt下關斷，因而，在非常大的di/dt下，會產(chǎn)生很大的反向恢復電流突波，這些突波電流的幅度可以超過穩(wěn)態(tài)電流的十倍以上。大電流會帶來相當大的損耗增加并使MOSFET發(fā)熱。而后，MOSFET的dv/dt性能由于結(jié)點溫度上升而下降，在極端狀況下，可能會毀掉MOSFET并導致系統(tǒng)失效。
最新的MOSFET技術
典型狀況下，MOSFET寄生二極體具有很長的反向恢復時間和較大的反向恢復電荷。儘管性能不佳，在某些應用如諧振轉(zhuǎn)換器中，寄生二極體仍被當作續(xù)流（freewheeling）二極體使用，因為它能夠簡化電路，不會增加系統(tǒng)成本。由于越來越多的應用使用本質(zhì)寄生二極體（intrinsic body diode）來當作系統(tǒng)的關鍵元件，快捷半導體深入分析了MOSFET的失效機制，針對諧振轉(zhuǎn)換器設計了全新且高度優(yōu)化的功率MOSFET產(chǎn)品，提升了寄生二極體的穩(wěn)健性并減少了輸出電容的儲能。如表1所述，相較于其它方案，全新UniFET II MOSFET系列的反向恢復電荷（Qrr）明顯地少了50％和88％。
MOSFET的電容是非線性的并且依賴于漏源電壓，因為它的電容本質(zhì)上是一種結(jié)電容。對于軟開關應用，MOSFET輸出電容可當作諧振元件使用。當MOSFET導通時，儲存在變壓器中的磁能轉(zhuǎn)化為電流流動，使得MOSFET的輸出電容放電，以便達到ZVS工作的條件。因此，若MOSFET輸出電容中儲能較少，則為達到軟開關而所需的諧振能量也較少，不需要增加循環(huán)能量（circulating energy）。相較于導通電阻相同的其它競爭對手的元件，在典型的開關電源大電容電壓下，UniFET II MOSFET系列在輸出電容中的儲能減少約35％。輸出電容中儲存能量的特性如圖2所示。
