不同電源供電及功率等級的LED照明驅(qū)動器方案

1、不同電源供電及功率等級的LED照明驅(qū)動器方案來源：電子工程世界時間：2011-3-7【字體：大 中小隨著LED技術(shù)的發(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?？梢詣澐譃榻涣?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3 WPAR16 3 X 2 WPAR20 10 W/15 WPAR30 15 W/22 WPAR38 1 WG13 3 WGU10 1 WMR11 3 WMR16 3 W/9 W/15 W

2、 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。LLC半橋諧振eeoffd.cwn.cft圖1 ：不同功率范圍的隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)AC-DC

3、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。UfTinngCwt nd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：? 1 W-8 W : G13/GU10/PAR

4、16/PAR2Q照明? 8W -25 W : PAR30/PAR38照明? 50 W-300 W :區(qū)域照明1) 1 W-8 W 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

5、率抖動、短路保護(hù)、跳周期、最大峰值電流設(shè)定點及動態(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-DCLED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)OSFE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 8 W LED驅(qū)動應(yīng)用電路示電圖(輸入電壓為85至264 Vac)2) 8 W-25 W 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)

6、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8 W-25 W 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90132 Vac或180264Vac（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

7、，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 mAW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。NCP135狽U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NCP1

8、351的8 W-25 W LED照明方案。圖4:基于NCP1351的8 W至25 W AC-DC LED照明應(yīng)用電路示意圖。需要PFC的8 W-25 W 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350 mA、700 mA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是款高性價比的臨界導(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?？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)計靈活性

9、及強(qiáng)固性。圖5展示的是NCP1607/NCP160莊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8 W-25 W 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勺AC-DCLED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 PFCNCP1607/8+NCP1377臨界導(dǎo)電模式 PF

10、C+準(zhǔn)諧振電流模式 PWMNCP1607/8+NCP1396臨界導(dǎo)電模式 PFC+半橋諧振LLCNCP1901最新型兩段式（PFC+更高效率半橋諧振 LLC）例如，在50 W-150 W的AC-DCLED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

11、。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?；贜CP1652采用85至135 Vac或185至264 Vac輸入的50 W-150 W 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50 W-150 W AC-DC LED方案。50 W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

12、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100 W至300 W,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。圖 7 :基于 NCP1901 的 100W-300 W AC-DC LED照明方案 2，DC-DC LED照明方案采用DC-DC電源供電的LED照明應(yīng)用中，常見具體應(yīng)用包括 1 W-3 WMR11/MR16筆壓LED燈泡、1 W-20 W升壓LED驅(qū)動器和20 W-60 W大功率LED驅(qū)動器。其中，在1 W-3 W DC-DC LED照明應(yīng)用中，可以采用安

13、森美半導(dǎo)體的CAT4201降壓LED驅(qū)動器，這顆器件兼容于12 V及24 V系統(tǒng)，提供達(dá)350 mA的LED驅(qū)動電流，能夠在 24 V系統(tǒng)中驅(qū)動7個串聯(lián)的LED,能 效高達(dá)94%。這顆器件采用有專利的開關(guān)控制架構(gòu)，幫助降低系統(tǒng)成本，支持CrM工作并提升能效。CAT4201還提供限流、熱保護(hù)及 LED開路保護(hù)等全面的保護(hù)特性。這顆器件在1 W-3 W DC-DC LED應(yīng)用中的電路示意圖如圖8所示。圖 8 :基于 CAT4201 的 1 W-3 W DC-DC LED方案。而在功率范圍達(dá)1 W-20 W的DC-DC升壓LED應(yīng)用中，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP3065/6或NCV3065/6（汽

14、車應(yīng)用版本）降壓、升壓、單端初級電感轉(zhuǎn)換器 （SEPIC）及逆變多模LED驅(qū)動器，并選擇其中 的升壓電路模式。另外，功率范圍達(dá)20 W-60 W的 DC-DC降壓LED應(yīng)用中可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1034同步降壓PWM控制器。3，LED手電筒驅(qū)動方案手電筒DC-DC LED照明方案包括升壓型及降壓型兩種。1 W-3 W的升壓型DC-DC LED手電筒應(yīng)用中L1可以采用帶真關(guān)閉功能的 NCP1421升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，而1 W-3 W勺降壓LED手電筒應(yīng)用中可以采用 NCP1529 低壓降壓轉(zhuǎn)換器，二者的應(yīng)用示意圖見圖9。DI LED1V2 5VF>升壓方案R2fl!%/LX ui OUTKCP1421EMJLJR31C1C3R5D1LED廠C1 T 降壓 X 方案VI