不同驅(qū)動電源供電的LED照明驅(qū)動器方案

作者：時間：2013-01-14 來源：網(wǎng)絡(luò)

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隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，LED的應(yīng)用已經(jīng)從傳統(tǒng)的小功率便攜產(chǎn)品背光拓展至中大功率的室內(nèi)照明、室外照明及手電筒等應(yīng)用。根據(jù)驅(qū)動電源的不同，LED照明通常可以劃分為交流-直流(AC-DC) LED照明、直流-直流(DC-DC)LED照明電源以及電池供電的LED手電筒等不同類型，LED燈具及其功率也各不相同，如3W PAR16、3×2W PAR20、10W/15W PAR30、15W/22W PAR38、1W G13、3W GU10、1W MR11、3W MR16、3W/9 W/15 W嵌燈、1W-3W閱讀燈等。

1 AC-DC LED照明解決方案

安森美半導(dǎo)體在AC-DC電源供電的LED照明應(yīng)用中，提供各種離線控制器及功率因數(shù)校正(PFC)控制器，并配合隔離及非隔離要求提供不同的LED應(yīng)用方案。在交流線路電壓與LED之間沒有物理電氣連接的隔離應(yīng)用中，常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有反激(Flyback)及雙電感加單電容(LLC)半橋諧振。不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合于不同的功率范圍或是用于滿足特別的設(shè)計(jì)要求。例如，反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是小于100 W的中低功率應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)選擇，而LLC半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是大功率和高能效的首選方案。

圖1：不同功率范圍的隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

AC-DC LED照明應(yīng)用中，小功率的LED應(yīng)用通常以恒流(CC)來驅(qū)動，而恒壓(CV)功能是在輸出開路的情況下作為保護(hù)功能。大功率的LED應(yīng)用可能需要在電路中增加功率因數(shù)校正(PFC)，其中的AC-DC轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動兩部分電路既可能采用整體式(integral)配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，也可以采用分布式(distributed)配置，如圖2，從而簡化安全考慮，并增加系統(tǒng)靈活性。

圖2：大功率LED驅(qū)動的分布式(distributed)配置結(jié)構(gòu)

從應(yīng)用的具體功率范圍來看，AC-DC LED照明的電源方案應(yīng)用主要包括：

1W-8W：G13/GU10/PAR16/PAR20照明

8W -25W：PAR30/PAR38照明

50W-300W：區(qū)域照明

1) 1W-8W AC-DC LED照明應(yīng)用

這類應(yīng)用要求的輸入電壓為90至264 Vac，能效達(dá)80%，同時提供短路保護(hù)、過壓保護(hù)等保護(hù)特性，并提供350 mA、700 mA恒流，應(yīng)用領(lǐng)域包括G13、GU10、PAR16、PAR20及嵌燈(downlight)等。

這類應(yīng)用中可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1015自供電單片開關(guān)穩(wěn)壓器。這顆器件集成了固定頻率(65/100/130 kHz)電流模式控制器和700 V的高壓MOSFET，提供構(gòu)建強(qiáng)固的低成本電源所需的全部特性，如軟啟動、頻率抖動、短路保護(hù)、跳周期、最大峰值電流設(shè)定點(diǎn)及動態(tài)自供電功能(無需輔助繞組)等。圖3顯示的是NCP1015在隔離型1 W-8 W范圍AC-DC LED照明應(yīng)用的電路示意圖。值得一提的是，NCP1015同樣可用于非隔離型(電路中不含高頻變壓器)1 W-8 W范圍的AC-DC LED照明應(yīng)用，電路中可以采用抽頭(tapped)電感來提高M(jìn)OSFET工作的占空比，并改善系統(tǒng)能效及電路性能。

圖3：安森美半導(dǎo)體8W LED驅(qū)動應(yīng)用電路示電圖(輸入電壓為85至264 Vac)

2) 8W-25W AC-DC LED照明應(yīng)用

美國能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR?)固態(tài)照明(SSL)規(guī)范中規(guī)定任何功率等級皆須強(qiáng)制提供功率因數(shù)校正(PFC)。這標(biāo)準(zhǔn)適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺燈，其中，住宅應(yīng)用的LED驅(qū)動器功率因數(shù)須大于0.7，而商業(yè)應(yīng)用中則須大于0.9。但這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)屬于自愿性標(biāo)準(zhǔn)，即可以選擇不遵從或是遵從。

相應(yīng)地，在8W-25W AC-DC LED照明應(yīng)用中，我們考慮兩種情況，一種是應(yīng)用沒有功率因數(shù)要求，即不需采用PFC控制器，另一種是要求采用PFC控制器。在不需要PFC的應(yīng)用中，我們假定輸入電壓規(guī)格為90~132 Vac或180~264Vac(或通用輸入)，能效達(dá)85%，提供短路保護(hù)及開路保護(hù)等保護(hù)特性，輸出電流為350 mA、700 mA及1 A恒流，相應(yīng)地可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1028或NCP1351。其中，NCP1028是一款增強(qiáng)型單片開關(guān)穩(wěn)壓器，適用于在通用主電源輸入的應(yīng)用中提供數(shù)瓦至15 W的輸出功率。NCP1028的導(dǎo)通阻抗比NCP101x更低，提供800 mA峰值電流，具備NCP101x的諸多特性，此外還提供過功率保護(hù)、內(nèi)置斜坡補(bǔ)償及輸入欠壓保護(hù)等特性。NCP1351則是一款固定導(dǎo)通時間、可變關(guān)閉時間脈寬調(diào)制(PWM)控制器，適用于成本至關(guān)重要的低功率離線反激開關(guān)電源應(yīng)用。這顆器件支持頻率反走，還具有閂鎖輸入、自然的頻率抖動、負(fù)電流感測及擴(kuò)展的電源電壓范圍等特性。圖4顯示的是90至264 Vac輸入條件下基于NCP1351的8 W-25 W LED照明方案。

圖4：基于NCP1351的8W至25W AC-DC LED照明應(yīng)用電路示意圖

需要PFC的8W-25W AC-DC LED照明應(yīng)用中，假定輸入電壓規(guī)格為90至264 Vac，功率因數(shù)高于0.9，能效達(dá)80%，提供短路及過功率保護(hù)，輸出電流同樣有350mA、700mA和1 A等不同選擇。在這類應(yīng)用中，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1607或NCP1608 PFC控制器。NCP1607是一款高性價(jià)比的臨界導(dǎo)電模式(CrM) PFC控制器。這顆器件與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)引腳完全兼容，簡化工程師的設(shè)計(jì)?？烧{(diào)節(jié)的過壓保護(hù)(OVP)及環(huán)路開路保護(hù)等功能也增強(qiáng)了設(shè)計(jì)靈活性及強(qiáng)固性。圖5展示的是NCP1607/NCP1608在85至135 Vac或185至264 Vac輸入條件下的LED照明應(yīng)用方案。

圖5：基于NCP1607/8 PFC控制器的8W-25W AC-DC LED照明應(yīng)用示意圖

3) 功率高于50 W的AC-DC LED照明應(yīng)用

在功率50 W到300W的AC-DC LED應(yīng)用廣泛用于街道照明及大功率區(qū)域照明應(yīng)用中，可以采用不同的LED驅(qū)動方案，假定其輸入電壓規(guī)格為90至264 Vac，功率因數(shù)高于0.95，能效達(dá)90%。

此類應(yīng)用可以采用下述不同方案，適合不同應(yīng)用要求：

NCP1652：改進(jìn)型單段式PFC

NCP1607/8+NCP1377：臨界導(dǎo)電模式PFC+準(zhǔn)諧振電流模式PWM

NCP1607/8+NCP1396：臨界導(dǎo)電模式PFC+半橋諧振LLC

NCP1901：最新型兩段式(PFC+更高效率半橋諧振LLC)

例如，在50W-150W的AC-DC LED應(yīng)用中，既可以采用NCP1652這樣的改進(jìn)型單段式PFC控制器，也可以結(jié)合采用NCP1607/8 PFC控制器及NCP1377準(zhǔn)諧振(QR)模式PWM控制器。其中，NCP1377結(jié)合了真正的電流模式調(diào)制器和退磁檢測器，確保任何負(fù)載/線路條件下提供完整的CrM工作，并確保最低的漏電壓開關(guān)(準(zhǔn)諧振工作)。NCP1652驅(qū)動帶有可編程死區(qū)時間的信號，支持有源鉗位或同步整流，提供優(yōu)化的能效。這顆器件還具有輸入欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)等保護(hù)特性，支持頻率抖動、跳周期及臨界導(dǎo)電模式(CrM)/不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)工作。基于NCP1652、采用85至135 Vac或185至264 Vac輸入的50W-150W AC-DC LED方案的示意圖如圖6所示。

圖6：基于NCP1652單段式PFC控制器的50W-150W AC-DC LED方案

50W以上功率的AC-DC LED照明應(yīng)用如果需要更高能效的LED電源，則需要高能效的LED照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，往往從反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以充分發(fā)揮零電壓開關(guān)(ZVS)技術(shù)的優(yōu)勢。NCP1396及NCP1901均是安森美半導(dǎo)體開發(fā)的LED電源用高能效半橋諧振方案。圖7顯示的是基于NCP1901的最新型PFC+諧振半橋LED驅(qū)動器方案，輸入電壓為90至264 Vac，功率100W至300W，其中半橋段工作在固定頻率以及固定占空比，用于降低開關(guān)損耗。