LED照明和關(guān)鍵電源應(yīng)用解決方案研究
加入技術(shù)交流群
LED照明和關(guān)鍵電源應(yīng)用解決方案研究
在人們環(huán)保意識越來越強的今天，節(jié)能絕不僅僅是熱點議題，更是各國重要規(guī)范機構(gòu)和業(yè)界領(lǐng)先廠商切切實實的行動項目。環(huán)顧我們的工作及生活環(huán)境，那些最常用、最常見或有極具節(jié)能潛力的電子電器自然首先成為節(jié)能行動目標，如計算機、平板電視、機頂盒、適配器/外部電源等電源應(yīng)用及發(fā)光二極管（LED）照明等。全球重要的規(guī)范機構(gòu)，如美國“能源之星”、美國80PLUS、歐洲能效行為準則（COC）、歐盟EuP、日本TopRunner、中國標準化研究院等，針對這些關(guān)鍵應(yīng)用發(fā)布更新、更多的高能效規(guī)范，讓電子產(chǎn)品能夠以更少的電能來執(zhí)行相同的功能，提高電能使用的效率。
以多路輸出臺式機ATX電源為例，80PLUS銀級規(guī)范、計算產(chǎn)業(yè)氣候拯救行動（CSCI）銀級規(guī)范自2009年7月開始生效，要求多路輸出臺式機ATX電源在額定輸出功率的20%、50%和100%等條件下能效分別達到85%、88%及85%.后續(xù)的80PLUS金級和CSCI金級規(guī)范將于2010年7月開始生效，進一步將能效要求提高到87%、90%和87%.
又如平板電視，隨著尺寸的增大，其能耗日益成為業(yè)界關(guān)注的問題?！澳茉粗恰贬槍﹄娨暤?.0版規(guī)范將于2010年5月1日生效，這規(guī)范要求可視屏幕對角尺寸為32英寸、42英寸和60英寸的平板電視在工作模式的能耗分別不超過78W、115 W和210 W,而后續(xù)將于2012年5月1日生效的5.0版規(guī)范則進一步要求這幾種尺寸平板電視工作能耗不超過55 W、81W和108W,參見表1.歐洲的EuP指令也有著類似要求。除了要求工作能耗降低，這些規(guī)范還要求降低待機能耗，因為數(shù)據(jù)顯示，可觀的電能是在待機模式下消耗的?！澳茉粗恰钡饶苄б?guī)范當前對待機能耗的要求是不超過1W,未來可能要求不超過0.3 W甚至是不超過0.1 W.
而在筆記本電腦等產(chǎn)品中廣泛使用的適配器/外部電源方面，“能源之星”的2.0版規(guī)范已于2008年11月1日開始生效。以“能源之星”的2.0版外部電源規(guī)范為例，這規(guī)范要求輸出功率大于49W的外部電源（典型產(chǎn)品如筆記本適配器）的工作能效從1.1版的84%提升至87%,待機（空載）能耗從不超過750 mW降低到不超過500mW,而功率因數(shù)（PF）也要求不低于0.9.歐盟EuP生態(tài)設(shè)計指令2005/32/EC規(guī)范No278/2009的第一階段和第二階段要求分別將自2010年4月及2011年4月開始生效，其中第一階段的要求是輸出功率大于51W的外部電源工作能效不低于85%,空載能耗不超過500 mW,第二階段的空載能耗要求不變，但能效要求提開至87%.
除了這些應(yīng)用，LED照明或稱固態(tài)照明（SSL）如今也是炙手可熱的應(yīng)用，1.0版的“能源之星”SSL規(guī)范已自2008年10月1日生效，要求關(guān)態(tài)（off-state）能耗為零，最低能效要求根據(jù)應(yīng)用的不同（如聚光燈、戶外燈等）而不同，功率因數(shù)要求方面，商業(yè)應(yīng)用是不低于0.9,住宅應(yīng)用是不低于0.7.
電源及LED照明應(yīng)用設(shè)計挑戰(zhàn)
這些關(guān)鍵電源及LED照明應(yīng)用為設(shè)計工程師帶來了挑戰(zhàn)，既需要增加能效密度，又要改善功率因數(shù)，并提高產(chǎn)品的可靠性。
具體而言，由于總能效要求及散熱限制，設(shè)計工程師必須致力提升能效，即便是在低功率應(yīng)用（或輕載）時也是如此。此外，并不是只有在較高功率電平時才要求功率因數(shù)校正（PFC），相對較低的功率時也可能要求PFC.此外，這些應(yīng)用中常常會面臨空間受限的問題，特別是在以LED照明替代傳統(tǒng)燈泡的應(yīng)用中?？傮w可靠性也非常重要。輸入電源范圍也要更寬，支持277Vac電壓。此外，還面臨一些特定照明要求，如三端雙向可控硅開關(guān)元件（TRIAC）調(diào)光等。
應(yīng)對策略
要應(yīng)對這些關(guān)鍵電源及LED照明應(yīng)用的設(shè)計挑戰(zhàn)，需要采用更新的技術(shù)或優(yōu)化的電源拓撲結(jié)構(gòu)及方案。
以平板電視應(yīng)用為例，為將能效提至最高，可將傳統(tǒng)采用的冷陰極熒光燈（CCFL）背光替換為新興的LED背光，如直下式背光或側(cè)光式背光，不僅有助于纖薄型電視設(shè)計，還幫助降低能耗，提升能效。如果維持采用目前性忦比仍然更高的CCFL背光，也可以采取不同的有效措施，如在提供同等光輸出的條件下減少燈數(shù)量及降低能耗，或采用新穎的逆變器驅(qū)動器方案，如液晶電視集成電源（LIPS），減少一個電源轉(zhuǎn)換段，提升能效并降低成本。
安森美半導(dǎo)體以領(lǐng)先產(chǎn)品及方案來支持高能效趨勢
安森美半導(dǎo)體身為首要的高性能、高能效硅方案供應(yīng)商，提供電源管理及LED照明方案來節(jié)能，幫助客戶滿足并超越世界各地的電源規(guī)范標準（工作能效、待機能耗、低靜態(tài)電流及功率因數(shù)校正等），成本平價或比傳統(tǒng)方案更低。
需要強調(diào)的是，安森美半導(dǎo)體采用整體途徑來實現(xiàn)高能效，包括：
1）降低待機（空載）能耗。包括使用準諧振（谷底開關(guān)）、在2段式轉(zhuǎn)換器關(guān)閉PFC段等更好的拓撲結(jié)構(gòu)，以及采用頻率反走、跳周期、軟跳周期和高壓自舉（bootstrap）電路等新技術(shù)。
2）提升電源工作能效。包括使用更好的器件，如場效應(yīng)晶體管（FET）和二極管，以及使用更好的拓撲結(jié)構(gòu)，如頻率反走、同步整流，及準諧振、完全諧振、有源鉗位（反激或正激）等軟開關(guān)技術(shù)。
3）功率因數(shù)校正（或減少諧波）。包括將PFC與主轉(zhuǎn)換器結(jié)合，以及優(yōu)化指定應(yīng)用和電平的PFC控制模式，如非連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）、臨界導(dǎo)電模式（CrM）或連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）。
安森美半導(dǎo)體針對這些關(guān)鍵的電源及LED照明應(yīng)用提供眾多的領(lǐng)先產(chǎn)品，如PFC控制器、交流-直流（AC-DC）控制器、高壓MOSFET、LED驅(qū)動器、整流器、次級同步整流控制器、直流-直流（DC-DC）開關(guān)穩(wěn)壓器及低壓降（LDO）穩(wěn)壓器，并基于這些領(lǐng)先產(chǎn)品提供高能效的GreenPoint?參考設(shè)計，用于ATX電源、筆記本及打印機電源適配器、電視、固態(tài)照明及其它應(yīng)用。
例如，安森美半導(dǎo)體用于臺式機ATX電源的255 WGreenPoint?電源參考設(shè)計在100、115、230及240Vac輸入電壓條件及25%、50%及100%額定輸出功率等條件下的能效高于85%,符合80PLUS銀級能效規(guī)范及“能源之星”5.0版臺式機電源規(guī)范，并符合IEC61000-3-2功率因數(shù)要求，功率因數(shù)在多種輸入電壓條件下高于0.95.值得一提的是，這些數(shù)據(jù)均是在41長的線纜末端獲得，經(jīng)過了完全測試，強固且性價比高，屬于可投產(chǎn)型設(shè)計，參見圖1.
又如，在通用LED照明應(yīng)用方面，安森美半導(dǎo)體對一款從零售商店購得的鹵素燈臺燈，采用LED模塊進行重新設(shè)計。原35 W鹵素燈在120Vac時的輸入功率為41.7 W,亮度為744流明，而基于安森美半導(dǎo)體NCP1014構(gòu)建的LED模塊的LED臺燈在120Vac條件下的輸入功率僅為10.9W,即能耗僅相當于傳統(tǒng)鹵素燈的1/4,但光輸出卻高于鹵素燈，達到795流明。這采用LED模塊的新臺燈設(shè)計既減小產(chǎn)品體積，又極佳地實現(xiàn)節(jié)能。這LED模塊的電路圖參見圖2.
圖2:采用基于NCP1014的LED模塊重新設(shè)計的臺燈的電路圖
安森美半導(dǎo)體旨在成為高質(zhì)量、高性價比、高性能電源管理方案的首選供應(yīng)商，除了推出關(guān)鍵的控制、驅(qū)動及電源轉(zhuǎn)換IC,還配合推出高壓MOSFET及整流器產(chǎn)品，并提供豐富的整流器封裝系統(tǒng)，包括新的SO-8FL整流器封裝，其熱性能幾乎與DPAK小巧封裝一樣好。
總結(jié)：
計算機、平板電視、適配器等關(guān)鍵電源應(yīng)用及LED照明應(yīng)用面臨更高能效要求，并為設(shè)計人員帶來挑戰(zhàn)。安森美半導(dǎo)體現(xiàn)有構(gòu)建高能效電源及LED照明應(yīng)用的先進技術(shù)及產(chǎn)品，且是完整解決方案供應(yīng)商，提供高性能、低系統(tǒng)總成本的差異化GreenPoint?參考設(shè)計，既提升工作能效，又降低待機能耗，同時還提供高功率因數(shù)，以整體途徑幫助客戶符合或超越世界各地的高能效規(guī)范要求。
評論