基于NCP1075 / NCP4328A的高壓LED驅(qū)動方案

如今，高壓LED的應(yīng)用越來越多，像是CREE及Philips-Lumileds等眾多LED制造商都推出了高壓LED.這些LED的典型正向電壓（VF）范圍在24 V至超過200 V間（圖1）。

　　推動這類LED進展的部分因素在于業(yè)界渴求優(yōu)化從交流主電源電壓到LED串電壓的電源轉(zhuǎn)換，同時簡化驅(qū)動器電子電路。事實上，在某些情況下，它們被以“無驅(qū)動器”的名義來推廣，因為二極管橋和線性穩(wěn)壓器就能構(gòu)成簡單的電路。但此方法有幾種缺點。由于在每個線路周期的部分時間內(nèi)，當輸入電壓低于LED正向電壓時，LED處于關(guān)閉狀態(tài)，故需要更多的LED來產(chǎn)生所要求的流明輸出。此外，LED燈泡在100/120 Hz時呈現(xiàn)出超過100%的紋波。而在照明領(lǐng)域，低頻紋波對人們工作效率的影響問題一直存在，業(yè)界仍在研究相關(guān)效應(yīng)，著手設(shè)定可接受的LED光源閃爍量指引，因為LED光源閃爍更令人敏感，不像鎢絲燈那樣持續(xù)發(fā)光。

　 　圖1:典型高壓LED產(chǎn)品示例

　　采用升壓拓撲結(jié)構(gòu)來驅(qū)動高壓LED

　　如果LED串能夠配置為正向電壓VF高于峰值交流電源電壓，那就就以使用升壓拓撲結(jié)構(gòu)來驅(qū)動LED.輸出電壓必須高于施加的交流輸入峰值電壓。以最高額定電壓為265 Vac計，那么，適合此升壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的LED最小電壓絕對值：265 Vac x √2 = 375 Vdc.

　　升壓轉(zhuǎn)換器能提供高功率因數(shù)及低總諧波失真（THD），能進行精確穩(wěn)流而無論LED正向電壓及交流線路電壓如何變化，還解決了紋波問題，無須在設(shè)計中使用更多數(shù)量的LED來提供所要求的流明輸出。值得注意的是，許多低功率LED也可以配置為長串形式，用于提供所要求的高壓，而這在諸如線性燈管等分布式照明應(yīng)用中尤其具備吸引力。

　　本文所建議的升壓轉(zhuǎn)換器提供恒定輸出電流，補償輸入線路電壓范圍及LED電壓和溫度變化。這驅(qū)動器的設(shè)計指引如下：

　　· 輸入電壓范圍：200 - 265 Vac

　　· 輸出電流：典型值30 mA

　　· 輸出電壓：典型值393 Vdc

　　· 能效：>88%

　　· 功率因數(shù)：>0.9

　　· 負載開路保護

　　安森美半導(dǎo)體用于高壓LED驅(qū)動的高功率因數(shù)升壓LED驅(qū)動器方案

　　安森美半導(dǎo)體的升壓驅(qū)動方案采用了NCP1075開關(guān)穩(wěn)壓器。NCP1075集成了700 V MOSFET及控制功能，采用節(jié)省空間的SOT-223或PDIP-7封裝。這單片開關(guān)穩(wěn)壓器提供眾多保護功能，如帶定時器檢測的自動恢復(fù)輸出短路保護（無須擔心輔助繞組耦合）、帶輔助繞組工作的自動恢復(fù)過壓保護、交流輸入線路電壓檢測（增強低輸入電壓條件下的保護）等。此外，這方案還提供內(nèi)置動態(tài)自供電（DSS）功能，無需外部偏置元件。由于不要求偏置繞組，故升壓電感能夠使用現(xiàn)成的低成本磁性元件。

　　通常而言，電流模式轉(zhuǎn)換器必須利用模擬乘法器來實現(xiàn)高功率因數(shù)。此設(shè)計示例中使用了簡單的晶體管跟隨器來迫使轉(zhuǎn)換器降低交流主電源過零點附近的電流消耗。再結(jié)合輸入二極管橋之后的小型電容，這種控制方法設(shè)定主電源線路電流以跟隨施加的交流線路電壓波形，因而提供高功率因數(shù)。

　 　圖2:基于NCP1075和NCP4328A的升壓LED驅(qū)動電路圖。

　　LED穩(wěn)流是通過調(diào)制跟輸入正弦波過零點間隔的導(dǎo)通時間來控制的。由于高功率因數(shù)轉(zhuǎn)換器中的大多數(shù)功率轉(zhuǎn)換出現(xiàn)在正弦波峰值附近，使用正弦波峰值附近的受控開關(guān)平衡過零點附近的特性，就提供高功率因數(shù)及高穩(wěn)流精度。

　　恒流控制是使用與LED負載串聯(lián)的感測電阻來實現(xiàn)的。電阻電壓由安森美半導(dǎo)體組合型恒壓/恒流控制器NCP4328A來處理。內(nèi)置參考為電流控制環(huán)路提供額定62.5 mV電平，并為電壓控制環(huán)路提供1.250 V電平。這些放大器內(nèi)部結(jié)合以提供緊湊型5引腳TSOP封裝中的單個輸出控制引腳。

　　值得注意的是，NCP4328A的額定供電電流僅為105 μA.由于供電電流電平如此之低，NCP1075的動態(tài)自供電（DSS）功能也可為此控制器提供偏置電源。因此，偏置網(wǎng)絡(luò)非常簡單，僅有濾波電容及連接電容與NCP4328A之間的走線。

　 　圖3:基于NCP1075和NCP4328A的升壓LED器電路板原型（PCB尺寸為24 x 35 mm）。

　　在這設(shè)計中，NCP4328A控制器的另一半提供負載開路保護。精密的穩(wěn)流使LED工作電壓接近于升壓濾波電容的最大額定電壓，而沒有常見的容限顧慮。有關(guān)安森美半導(dǎo)體這參考設(shè)計電感、電阻及電容等元件的選擇，請參見參考資料1,獲取更詳細信息。

　　性能測試結(jié)果

　　這高壓LED升壓驅(qū)動電路板的性能測試結(jié)果顯示提供高能效。如在190至255 Vac輸入電壓范圍內(nèi)，這設(shè)計的能效高于91%.同時LED穩(wěn)流精度也保持在高水準，見圖4.

　　圖4:基于NCP1075和NCP4328的高功率因數(shù)LED升壓驅(qū)動電路板能效測試結(jié)果。

　　圖5:基于NCP1075和NCP4328的高功率因數(shù)LED升壓驅(qū)動電路PF及THD結(jié)果。

　　同時，此電路設(shè)計也提供高功率因數(shù)，如190至255 Vac電壓范圍內(nèi)功率因數(shù)高于0.94.同時，輸入電流總諧波失真（THDi）也保持極低。此外，諧波含量和EMI信號也符合相關(guān)規(guī)范標準。

　　總結(jié)

　　典型正向電壓范圍在24 V至超過200 V的高壓LED的應(yīng)用日漸增多，用以優(yōu)化交流主電源電壓到LED串電壓的電源轉(zhuǎn)換，并簡化驅(qū)動電子電路。由二極管橋和線性穩(wěn)壓器構(gòu)成的驅(qū)動電路很簡單，但也存在多種缺點。