眾專家指點LED通用照明系統(tǒng)設(shè)計方案要點

　　事實上，在這個功率范圍內(nèi)，LED照明燈將會取代鹵素燈和緊湊型熒光燈（CFL）。此外，先進的技術(shù)為了擺脫散熱問題，必須去掉對溫度變化敏感的無源組件如電解電容。然而，目前大多數(shù)LED驅(qū)動器解決方案都源于電源拓撲并以此為基礎(chǔ)，故應該考慮到溫度范圍的限制，因為一般產(chǎn)品通常基于商業(yè)標準，但照明燈卻必須確保能夠適應嚴苛的環(huán)境如工業(yè)環(huán)境。

　　LED照明設(shè)計的架構(gòu)選擇

　　LED照明系統(tǒng)架構(gòu)選擇取決于你的設(shè)計目標是低成本、高效率還是最小PCB面積。一般來說，小于25W的LED照明系統(tǒng)不要求進行功率校正，因此可以采取簡單一些的拓撲架構(gòu)，如PSR或Buck拓撲。25W-100W的LED照明應用要求進行功率校正，因此一般采用單級PFC、準諧振（QR）PWM或反激式拓撲。100W以上LED照明應用一般采用效率更高的LLC拓撲和雙級PFC。

　　“低于25W功率LED照明解決方案可采用PSR或Buck拓撲，因為這一功率范圍主要針對小型設(shè)計，強調(diào)設(shè)計的簡單性。中等功率解決方案（25W-100W）適合于單級PFC、準諧振（QR）PWM、反激式拓撲。”SangCheol Her說，“大功率解決方案（大于100W）則適合采用LLC、QR PWM、反激式拓撲設(shè)計。從效率角度來看，LLC和QR性能更好；而PSR方案無需次級反饋，設(shè)計簡單，尺寸也比其它方案小?！?/P>

　　鄭宗前也表示：“小于25 W的LED燈具主要應用在室內(nèi)照明，它們主要采用低成本的反激拓撲結(jié)構(gòu)。安森美半導體的NCP1015和NCP1027單片變換集成電路集成了內(nèi)置高壓MOSFET 和PWM控制器，可以有效的減少PCB的面積和燈具的體積，提供最大25W的功率輸出（230V AC輸入）?！?/P>

　　“對于非隔離型小于25W LED照明應用，如果輸入到輸出轉(zhuǎn)換比低，那么簡單的降壓轉(zhuǎn)換器可以是一個低成本和小體積的選擇。在看重效率的隔離型拓撲架構(gòu)中，使用像英飛凌CoolSET ICE2QS系列器件的準諧振反激式拓撲就是一個很好的選擇。”Alexander Sommer說。英飛凌是第一家提供數(shù)字準諧振反激控制IC的供應商。

　　25W-100W功率范圍的典型LED照明應用是街道照明（小區(qū)道路）和像停車場這樣的公共場所。功率轉(zhuǎn)換效率、PFC功能的高性價比實現(xiàn)和高顏色品質(zhì)現(xiàn)在是最重要的三大技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，在商業(yè)照明和街道照明應用中，更長得使用壽命和由此產(chǎn)生的更低維護成本正幫助克服較高初始成本的進入障礙。25W到100W的LED照明應用有功率因數(shù)的要求，因此需要增加功率因數(shù)校正電路。

　　“這種電路可以采用傳統(tǒng)的兩段式結(jié)構(gòu)，即有源非連續(xù)模式功率因數(shù)校正（PFC）電路加DC-DC PWM變換電路，如安森美的功率因數(shù)校正控制器NCP1607，NCP1607的外圍電路非常簡單并可以提供很好的性能。”鄭宗前表示，“對于高效率、低成本和小體積的LED方案而言，值得推薦的是單段的PFC電路，它可以同時實現(xiàn)功率因數(shù)和隔離的低壓直流輸出，并具有顯著的成本優(yōu)勢，必將成為中等功率LED照明的主流方案。安森美半導體的NCP1652 為實現(xiàn)單級的PFC電路提供了最優(yōu)的控制方案。”

　　深圳世強電訊則采用Silicon Labs的C8051F3XX系列8位MCU以軟件方式實現(xiàn)PFC。該公司助理市場經(jīng)理黃孫峰說：“我們針對家用市電（180V-260V）輸入10W-30W小功率LED照明應用開發(fā)出的全數(shù)字化LED照明方案，可用軟件控制方式實現(xiàn)高達0.95的PFC值。與硬件PFC相比，該套軟件方案在保證同樣性能指標的前提下，還具有更高的靈活性、適應性及可升級性?！痹摲桨覆捎玫?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/LED驅(qū)動">LED驅(qū)動器MIC3230的最大輸出電流為350mA，最多可驅(qū)動12顆1W的LED，能夠很好地滿足室內(nèi)照明的需求。

　　Alexander Sommer說：“對于要求在一個很寬的輸入和/或負載范圍內(nèi)（如調(diào)光）具有效率和性能的25W-100W功率LED照明應用，建議采用帶一個獨立PFC級的準諧振反激式拓撲結(jié)構(gòu)。典型地可實現(xiàn)高達90%的效率。”

　　100W以上應用包括主要道路和高速公路照明（這里需要高達20K流明或以上的亮度、以及250W的電源輸入）和專業(yè)應用，如舞臺燈光照明和建筑泛光燈照明。在高功率應用中使用LED的一個關(guān)鍵驅(qū)動力是可靠性和低功耗帶來的低擁有成本。例如，其系統(tǒng)效率可與金屬鹵化物和低壓鈉燈相比。初始成本比較可能在短期內(nèi)繼續(xù)是該市場進入門檻。

　　鄭宗前指出：“對于大于100W的LED應用，我們將采用傳統(tǒng)的有源非連續(xù)模式功率因數(shù)校正電路和半橋諧振DC-DC 轉(zhuǎn)換電路。我們推出了一種新型的集成控制器，它集成了有源非連續(xù)模式功率因數(shù)控制器和具有高壓驅(qū)動的半橋諧振控制器?！?/P>

　　該半橋諧振控制器工作在固定的開關(guān)頻率和固定的占空比，并且該電路不需要輸出側(cè)的反饋控制回路。這使得半橋諧振DC-DC 變換電路工作在效率最高的ZVS和ZCS狀態(tài)。直流輸出電壓將跟隨功率因數(shù)校正電路的輸出。

　　Alexander Sommer強調(diào)：“對于100W以上的更高功率級LED照明應用，效率變得更加重要，建議使用LLC諧振拓撲結(jié)構(gòu)，它可以實現(xiàn)90％以上的效率。我們建議你使用英飛凌新的8引腳器件ICE1HS01?！?/P>

　　不管LED照明系統(tǒng)的輸出功率有多大，LED驅(qū)動器電路的選擇都將在很大程度上取決于輸入電壓范圍、LED串本身的累積電壓降、以及足以驅(qū)動LED所需的電流。這導致了多種不同的可行LED驅(qū)動器拓撲結(jié)構(gòu)，如降壓型、升壓型、降壓-升壓型和SEPIC型。

　　凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong指出：“每種拓撲結(jié)構(gòu)都有其優(yōu)點和缺點，其中，標準降壓型轉(zhuǎn)換器是最簡單和最容易實現(xiàn)的方案，升壓型和降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器次之，而SEPIC型轉(zhuǎn)換器則最難實現(xiàn)，這是因為它采用了復雜的磁性設(shè)計原理，而且需要設(shè)計者擁有高超的開關(guān)模式電源設(shè)計專長?！?/P>

　　凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong

　　總而言之，終端產(chǎn)品的應用決定LED的拓撲結(jié)構(gòu)，然后再根據(jù)LED的拓撲結(jié)構(gòu)和輸入電源再合理選擇Buck、Boost、SEPIC、或Buck-Boost結(jié)構(gòu)?！耙话銇碚f，25W以下選用Buck的較多。更大功率的則傾向于選擇Boost結(jié)構(gòu)。效率的話兩者一般都可以做到85%以上，LT3755可以做到高達97%的效率?？紤]驅(qū)動部分BOM成本的時候更應該考慮整體系統(tǒng)成本。”徐瑞包說，“隨著競爭的加劇，時時會有更低BOM成本的方案，但不一定是最合適的。我們不建議按照這個標準設(shè)計產(chǎn)品。PCB面積主要受主要元件的控制，小功率的LED燈盡量采用集成度高的方案。大功率的方案要選用技術(shù)集成度高的產(chǎn)品，外圍電路簡單。此處討論的都是指DC-DC的解決方案?！?/P>

　　梁后權(quán)也指出：“為了達到高效率要求，應當考慮采用開關(guān)模式LED驅(qū)動器，大多數(shù)這類客戶更喜歡選擇降壓LED驅(qū)動器，因為總的效率更高一些。如果從最低BOM成本角度來考慮，開關(guān)型LED轉(zhuǎn)換器不是最便宜的。此類客戶可能會試圖采用線性恒流LED驅(qū)動器。這可以提供最低的BOM成本，但效率可能就不會像開關(guān)模式LED驅(qū)動器那樣高。如從最小PCB板面積的角度考慮，通常將選用開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器，因為它們產(chǎn)生更少的熱量，甚至相關(guān)的元器件體積也將會更小?！?/P>

　　模擬、PWM和TRIAC調(diào)光方案

　　LED調(diào)光解決方案及規(guī)范一直在不斷變化，直到現(xiàn)在還未固定下來，所以現(xiàn)在市場上存在PWM、模擬及可控硅（TRAIC）三種調(diào)光方案。PWM和模擬方法是其中較簡單的，但需要構(gòu)建調(diào)光基礎(chǔ)架構(gòu)和新的調(diào)光控制器。

　　模擬調(diào)光方案的缺點是，LED電流的調(diào)節(jié)范圍局限在某個最大值至該最大值的約10%之間（10:1調(diào)光范圍）。由于LED的色譜與電流有關(guān)，因此這種方法并不適合于某些應用。

　　PWM調(diào)光方案則是以某種快至足以掩蓋視覺閃爍的速率（通常高于100MHz）在零電流和最大LED電流之間進行切換。該占空比改變了有效平均電流，從而可實現(xiàn)高達 3000:1的調(diào)光范圍（僅受限于最小占空比）。由于LED電流要么處于最大值，要么被關(guān)斷，所以該方法還具有能夠避免在電流變化時發(fā)生LED色偏的優(yōu)點，而在采用模擬調(diào)光時這種 LED 色偏現(xiàn)象是很常見的。

　　SangCheol Her則看好TRIAC調(diào)光方案的市場前景，他表示：“可控硅（TRIAC，2線調(diào)光）將成為非常流行的解決方案，因為這種技術(shù)可以完全使用傳統(tǒng)的系統(tǒng)而不需任何改變。而且，它還能夠擴展為3線調(diào)光，以避免出現(xiàn)與低功率因數(shù)值相關(guān)的缺陷。”

　　TRIAC調(diào)光今天是業(yè)內(nèi)非常熱的一個話題，最初，TRIAC調(diào)光器是為白熾燈而設(shè)計的，但大多數(shù)用戶希望相同的TRIAC調(diào)光器也能對替代的LED燈進行調(diào)光。梁后權(quán)表示：“Diodes Zetex目前可為客戶提供