不同功率LED照明驅(qū)動(dòng)電源方案選擇指南

不同功率AC-DC供電LED通用照明應(yīng)用要求及方案

不同功率的交流-直流(AC-DC) LED照明應(yīng)用所適合的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各不相同。如在功率低于80 W的應(yīng)用中，反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)選擇；而在講究高能效的應(yīng)用中，諧振半橋雙電感加單電容(HB LLC)是首選。安森美半導(dǎo)體提供覆蓋寬廣功率范圍的AC-DC LED照明方案，表1列舉了幾種典型的安森美半導(dǎo)體AC-DC LED照明方案。

表1：安森美半導(dǎo)體典型AC-DC LED通用照明解決方案。

從應(yīng)用的功率等級(jí)來看，AC-DC供電的LED通用照明應(yīng)用包括低功率、中等功率和大功率等不同類型。低功率應(yīng)用的功率范圍通常在1到12 W之間，中等功率涵蓋8到40 W范圍，大功率應(yīng)用的功率常高于40 W。

1)1 W至8 W LED通用照明應(yīng)用要求及方案

在1 W到8 W的低功率LED通用照明方面，典型應(yīng)用如G13、GU10、PAR16、PAR20和嵌燈等。這類應(yīng)用的輸入電壓范圍在交流90至264 V之間，恒流輸出電流包括350 mA和700 mA兩種，能效要求為80%，并要求提供短路保護(hù)和過壓保護(hù)等保護(hù)特性。

在這類應(yīng)用中，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1015自供電單片開關(guān)控制IC。這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(dòng)、頻率抖動(dòng)、短路保護(hù)、跳周期、最大峰值電流設(shè)定點(diǎn)及動(dòng)態(tài)自供電功能(無需輔助繞組)等。

值得一提的是，NCP1015在1 W到8 W LED照明應(yīng)用中，既可以用于隔離型方案，也可用于非隔離型方案，滿足客戶的不同應(yīng)用需求。這兩種方案的成本差不多。但隔離型方案采用變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，方案中包含簡單的反饋電路和用于負(fù)載開路及故障保護(hù)的鉗位電路，安全性高，更適合于需求通過安規(guī)認(rèn)證的應(yīng)用。非隔離型方案采用抽頭電感來隔離交流信號(hào)，能提高M(jìn)OSFET工作的占空比，提高系統(tǒng)能效及電路性能。

圖1：基于安森美半導(dǎo)體NCP1015的1至8 W隔離型(a)及非隔離型(b) LED照明方案。

上述基于NCP1015的隔離型及非隔離型方案均不含PFC，但安森美半導(dǎo)體也提供含PFC的NCP1015/NCP1014方案，為客戶提供更多選擇。

2)8 W至25 W LED通用照明應(yīng)用要求及方案：無PFC與有PFC

在8 W-25 W AC-DC LED照明應(yīng)用中，我們要考慮兩種情況。一種是應(yīng)用不要求功率因數(shù)校正(PFC)。另一方面，美國能源部(DOE)“能源之星”固態(tài)照明(SSL)規(guī)范規(guī)定任何功率等級(jí)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(tái)燈，其中，住宅應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)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。但這標(biāo)準(zhǔn)屬于自愿性標(biāo)準(zhǔn)，即可選擇不遵從或遵從。因此，要考慮的另一種情況是要求PFC。

不需要PFC的8 W到25 W AC-DC LED照明方面，典型應(yīng)用如PAR30、PAR38和嵌燈。在這類應(yīng)用中，輸入電壓要求為85~135 Vac或185~264Vac(或通用輸入)，能效要求大于80%，提供短路保護(hù)及開路保護(hù)等保護(hù)特性，恒流輸出電流為350 mA、700 mA及1 A等不同電流。相應(yīng)地，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1028或NCP1351，見圖2。

圖2：基于NCP1028和NCP1351的8-15/25 W AC-DC LED照明方案(無PFC)

其中，NCP1028是一款增強(qiáng)型單片開關(guān)控制IC，提供800 mA峰值電流，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，適用于在通用寬電源輸入的應(yīng)用中提供幾瓦至15 W的輸出功率。除了基于NCP1028的無PFC方案，安森美半導(dǎo)體現(xiàn)也提供基于NCP1028的有PFC的方案。NCP1351則是一款固定導(dǎo)通時(shí)間、可變關(guān)閉時(shí)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。這器件支持頻率反走，還具有閂鎖輸入、自然的頻率抖動(dòng)、負(fù)電流感測及擴(kuò)展的電源電壓范圍等特性。

在要求PFC的8 W到25 W AC-DC LED照明方面，典型應(yīng)用同樣是PAR30、PAR38和嵌燈。這類應(yīng)用的輸入電壓規(guī)格為90至264 Vac，能效要求80%，支持350 mA、700 mA及1 A恒流輸出，提供短路及過壓保護(hù)，功率因數(shù)要求高于0.9。這類應(yīng)用適合采用安森美半導(dǎo)體的NCL30000單段式功率因數(shù)校正LED驅(qū)動(dòng)器。單段式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)省下專用PFC升壓段，減少元器件數(shù)量，幫助降低系統(tǒng)總成本。NCL30000提供高于0.9的功率因數(shù)，滿足IEC C類諧波含量要求。這器件能夠直接驅(qū)動(dòng)LED，帶精確恒流輸出控制，在5至15 W的較低輸出功率時(shí)能效高于80%，典型能效高于83%，并支持TRIAC等現(xiàn)有調(diào)光方案。

圖3：基于NCL30000的8-25 W AC-DC LED照明方案(有PFC)

3)50 W至200 W LED通用照明應(yīng)用要求及方案

功率高于50 W的AC-DC LED應(yīng)用廣泛用于街道照明及大功率區(qū)域照明，可以采用不同的LED方案，用于50 W-150 W或100W -200 W的功率范圍。假定其輸入電壓規(guī)格為90--264 Vac，功率因數(shù)高于0.9，能效大于85%，提供短路及過壓保護(hù)，及350 mA、700 mA和1 A的恒流輸出。此類應(yīng)用可以采用下述不同方案，適應(yīng)不同需求：
NCL30001：單段式PFC LED驅(qū)動(dòng)器；
NCP1607+NCP1377：CrM PFC+ QR PWM；
NCP1607+NCP1397或NCP1392/3：CrM PFC+ LLC PWM。

圖4：基于NCL30001的40-150 W AC-DC LED照明方案

以NCL30001為例，這是一款電流連續(xù)模式(CCM)控制器，用于40 W到150 W功率范圍的單段式功率因數(shù)校正LED驅(qū)動(dòng)器。這器件支持20到250 kHz的可調(diào)節(jié)開關(guān)頻率，支持頻率抖動(dòng)和電壓前饋，包含輸入欠壓和過載定時(shí)器，提供高能效和高功率因數(shù)及強(qiáng)固的保護(hù)特性，圖4是NCL30001的典型應(yīng)用電路圖。

值得一提的是，近年來，業(yè)界對超高能效的LED照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)興趣日濃，期望在相對較低的功率電平(50 W)提供高于90%的能效，這個(gè)能效目標(biāo)甚至比“能源之星”2.0版外部電源能效要求(功率不超過49 W時(shí)能效高于87%)更高。要達(dá)到這樣高的能效，需要采用新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如從反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而充分發(fā)揮零電壓開關(guān)(ZVS)的優(yōu)勢。有利的是，安森美半導(dǎo)體早已著手開發(fā)能用于LED驅(qū)動(dòng)電源的高能效半橋解決方案，如NCP1396及其升級(jí)版NCP1397高性能諧振模式控制器。NCP1397內(nèi)置高端和低端驅(qū)動(dòng)器，支持可調(diào)節(jié)及精確的最低頻率，提供極高能效，并具備多種故障保護(hù)特性。