安森美半導體全套LED電源設計關鍵解決方案
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與傳統(tǒng)的光源相比，發(fā)光二極管(LED)具備眾多的優(yōu)點，如工作電壓低，能效高，很小巧并產生定向光。它們能夠提供極寬廣的色彩以及白光，不產生紅外(IR)或紫外(UV)輻射，而且由于它們是固態(tài)器件，在機械上很強固，并且不含汞，在恰當設計和使用時能夠具有超過5萬小時的工作壽命，遠長于標準白熾燈的1千小時壽命。此外，它們還完全可調光。這些優(yōu)點使得LED的應用越來越廣泛，如今已擁有眾多的應用市場，如建筑景觀照明、交通信號燈、顯示屏、零售、中小尺寸液晶顯示屏(LCD)背光、汽車和太陽能等，并在街道照明、住宅照明乃至中大尺寸LCD背光方面擁有越來越大的發(fā)展空間。
高亮度LED對于照明設計、全球能源節(jié)省和創(chuàng)新產品具有重大意義，對催生固態(tài)照明革命至關重要。這種革命需要一種整體性的途徑，在這其中，LED與電源轉換和控制電子器件以及熱管理解決方案和光學器件集成在一起。
LED照明應用的電源解決方案
如上所述，LED本質上是低電壓器件;根據色彩和電流的不同，LED的正向電壓介于不足2 V至4.5 V之間。此外，LED需要采用恒定電流來驅動，從而確保獲得所需的發(fā)光亮度和色彩。這就需要相應的電源轉換和控制解決方案能夠適應不同的電源，無論是交流線路、太陽能板、12 V汽車電池、直流電源或低壓交流系統(tǒng)，甚至是基于堿和鎳的電池或鋰離子電池。
作為一家全球領先的高能效電源半導體供應商，安森美半導體專注于運用自身的低電壓和高電壓技術以及在電源管理解決方案方面的專長來應對LED照明所面臨的挑戰(zhàn)：無論是便攜顯示產品、汽車內部照明或LED信號燈的鎮(zhèn)流器。在下文中，我們將結合LED照明的多種不同應用，如建筑、工業(yè)、汽車和便攜應用等，討論安森美半導體相應的驅動電源解決方案。
1)可集成最高700 V高壓FET的離線型AC-DC開關電源解決方案
圖1(a)：輸入功率小于10 W的LED照明解決方案功能框圖
安森美半導體在將電源從交流主電源轉換為功率等級在幾瓦至幾百瓦范圍之間、適合多種不同應用的可用能源方面擁有豐富的經驗。安森美半導體開發(fā)出了結合高壓開關晶體管和中等電壓模擬電路的極高壓集成電路(VHVIC)，針對寬廣的功率需求提供集成了高性價比解決方案。安森美半導體提供多種固定頻率控制器和轉換器，將電壓高至700 V的高壓場效應管(FET)集成至簡單、經濟、元件數量少的解決方案之中。
這類解決方案包括三個方面：單片交流-直流(AC-DC)恒流驅動器，功率范圍在5至15 W之間，如NCP1013、NCP1014和NCP1028等。NCP系列離線控制器，同時包含隔離型和非隔離型，功率高達150 W。安森美半導體提供用于街道照明、具有單段式功率因數校正器(PFC)的參考設計。
圖1(b)：輸入功率介于10至25 W的LED照明解決方案功能框圖
PFC解決方案
對于功率低于25 W(230 Vac)的較低功率應用而言，最常用的是集成電源開關穩(wěn)壓器，因為它可以將元件數量減至最少。高于這個功率范圍，則可以使用控制器，因為控制器為設計人員在選擇這種應用最適合的高壓FET方面提供靈活性。控制器既可用于隔離應用，也可用于非隔離應用，而安森美半導體提供多種不同的增值特性，允許設計人員針對其具體設計要求優(yōu)化設計。
圖2：NCP1351離線式LED驅動器參考設計
圖2顯示的是安森美半導體NCP1351離線式LED驅動器參考設計。這參考設計的輸入功率范圍介于85至265 Vac之間，具有尺寸小、成本低、良好線路穩(wěn)壓等特性，在20 W負載具有80%的高能效，并集成了過載保護和短路保護等安全特性，最大尺寸僅為125×37×35 mm。
圖3(a)：傳統(tǒng)的2段式PFC架構
IEC1000-3-2標準設定了限制注入至交流線路中諧波的規(guī)范。就照明應用而言，如果輸入功率大于25 W(C類)，這個規(guī)范就會適用。此外，即使在某些地區(qū)并不要求遵從這項IEC規(guī)范，也可能對最低功率因數提出要求。這樣一來，這些應用中就需要前端PFC控制器。增加這樣一個段會導致符合能效和空間等其它系統(tǒng)要求方面的困難，除非作出明智的選擇。
圖3(b)：改進的單段式PFC架構
幸運的是，安森美半導體深刻理解這些挑戰(zhàn)，擁有創(chuàng)新的PFC控制器產品陣容，符合設計人員對簡單、緊湊和強固解決方案的期望。安森美半導體不僅支持傳統(tǒng)的2段式應用，也推出了數款進一步簡化設計的獨特解決方案，如NCP1651單段式反激控制器。
NCP1651在單芯片解決方案中集成了功率因數校正和轉換器，帶有外部FET，允許根據所需功率實現可擴展的解決方案。NCP1651具有隔離型降壓功能，支持連續(xù)或不連續(xù)模式操作，并支持平均電流模式控制(ACMC)和固定頻率控制，其高精度乘法器可用于降低總體諧波失真(THD)。它還具有過溫關閉和外部關閉等功能。這款單段式PFC控制器適合于電子鎮(zhèn)流器、街燈、交通信號燈和照明等應用。
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