不同電源供電及功率等級的LED照明驅動器方案

1、不同電源供電及功率等級的LED照明驅動器方案來源：電子工程世界時間：2011-3-7【字體：大中小】隨著LED技術的發(fā)展，LED的應用已經(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照明、室外照明及手電筒等應用。根據(jù)驅動電源的不同，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3WPAR163X2WPAR2010W/15WPAR3015W/22WPAR381WG133WGU101WMR113WMR163W/9W/15W嵌燈、1W-3WMJ讀燈等。1,AC-DCLED照明解

2、決方案安森美半導體在AC-DC電源供電的LED照明應用中，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用中，常見的拓撲結構有反激（Flyback）及雙電感加單電容（LLC）半橋諧振。不同拓撲結構適合于不同的功率范圍或是用于滿足特別的設計要求。例如，反激拓撲結構是小于100W勺中低功率應用的標準選擇，而LLC半橋拓撲結構是大功率和高能效的首選方案。LLC半帶揩振圖1:不同功率范圍的隔離型拓撲結構AC-DCLED照明應用中，小功率的LED應用通常以恒流（CC）來驅動，而恒壓（CV）功能是在輸出開

3、路的情況下作為保護功能。大功率的LED應用可能需要在電路中增加功率因數(shù)校正（PFC）,其中的AC-DC轉換與LED驅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，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。ummngControl圖2：大功率LED驅動的分布式(distributed)配置結構從應用的具體功率范圍來看，AC-DCLED照明的電源方案應用主要包括：?1W-8W:G13/GU10/PAR16/PAR20白明?8W-25W:PAR30/PAR38白明?50W-300W:區(qū)域照明1) 1W-8W

4、AC-DCLED照明應用這類應用要求的輸入電壓為90至264Vac,能效達80%同時提供短路保護、過壓保護等保護特性，并提供350mA、700mA恒流，應用領域包括G1&GU10PAR16PAR2吸嵌燈(downlight)等。這類應用中可以采用安森美半導體的NCP1015自供電單片開關穩(wěn)壓器。這顆器件集成了固定頻率(65/100/130kHz)電流模式控制器和700V的高壓MOSFET提供構建強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、跳周期、最大峰值電流設定點及動態(tài)自供電功能(無需輔助繞組)等。圖3顯示的是NCP101敏隔離型1W-8Wg圍AC-DCLED照明應用

5、的電路示意圖。值得一提的是，NCP101弱樣可用于非隔離型(電路中不含高頻變壓器)1W-8W范圍的AC-DCLED照明應用，電路中可以采用抽頭(tapped)電感來提高MOSFETE作的占空比，并改善系統(tǒng)能效及電路性能。圖3:安森美半導體8WLED驅動應用電路示電圖(輸入電壓為85至264Vac)2) 8W-25WAC-DCLED照明應用美國能源部(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制提供功率因數(shù)校正（PFC）。這標準適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺燈，其中，住宅應用的LED驅動器功率因數(shù)須大于0.7,而商業(yè)應用中則須大于0.9。但

6、這項標準屬于自愿性標準，即可以選擇不遵從或是遵從。相應地，在8W-25WAC-DCLED照明應用中，我們考慮兩種情況，一種是應用沒有功率因數(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的應用中，我們假定輸入電壓規(guī)格為90132Vac或180264Vac（或通用輸入），能效達85%提供短路保護及開路保護等保護特性，輸出電流為350mA、700mA及1A恒流，相應地可以采用安森美半導體的NCP102域NCP1351其中，NCP102眥一款增強型單片開關穩(wěn)壓器，適用于在通用主電源輸入的應用中提供數(shù)瓦至15W的輸出功率。NCP1023勺導通阻抗比NCP101X更低，提供8

7、00mAW值電流,具備NCP101X的諸多特性，此外還提供過功率保護、內置斜坡補償及輸入欠壓保護等特性。NCP1351則是一款固定導通時間、可變關閉時間脈寬調制（PWM控制器，適用于成本至關重要的低功率離線反激開關電源應用。這顆器件支持頻率反走，還具有閂鎖輸入、自然的頻率抖動、負電流感測及擴展的電源電壓范圍等特性。圖4顯示的是90至264Vac輸入條件下基于NCP1351的8W-25WLED照明方案。圖4:基于NCP1351的8W至25WAC-DCLED照明應用電路示意圖。需要PFC的8W-25WAC-DCLED照明應用中，假定輸入電壓規(guī)格為90至264Vac,功率因數(shù)高于0.9,能效達80%

8、提供短路及過功率保護，輸出電流同樣有350mA、700mA和1A等不同選擇。在這類應用中，可以采用安森美半導體的NCP160MNCP1608PFC空制器。NCP16071一款高性價比的臨界導電模式（CrM）PFC控制器。這顆器件與業(yè)界標準引腳完全兼容，簡化工程師的設計?？烧{節(jié)的過壓保護（OVP）及環(huán)路開路保護等功能也增強了設計靈活性及強固性。圖5展示的是NCP1607/NCP160的85至135Vac或185至264Vac輸入條件下的LED照明應用方案。flDi“ClCl圖5:基于NCP1607/8PFC控制器的8W-25WAC-DCLED照明應用示意圖3）功率高于50W的AC-DCLED照明

9、應用在功率50WI300W勺AC-DCLED應用廣泛用于街道照明及大功率區(qū)域照明應用中，可以采用不同的LED驅動方案，假定其輸入電壓規(guī)格為90至264Vac,功率因數(shù)高于0.95,能效達90%此類應用可以采用下述不同方案，適合不同應用要求：NCP1652改進型單段式PFCNCP1607/8+NCP1377臨界導電模式PFC+t諧振電流模式PWMNCP1607/8+NCP1396臨界導電模式PFC伴橋諧振LLCNCP1901最新型兩段式（PFC+M高效率半橋諧振LLC）例如，在50W-150W勺AC-DCLED應用中，既可以采用NCP1652±樣的改進型單段式PFC空制器，也可以結合采

10、用NCP1607/8PFC控制器及NCP1377準諧振（QR）模式PW虛制器。其中，NCP137荏吉合了真正的電流模式調制器和退磁檢測器，確保任何負載/線路條件下提供完整的CrM工作，并確保最低的漏電壓開關（準諧振工作）。NCP1652驅動帶有可編程死區(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、過壓保護、過流保護等保護特性，支持頻率抖動、跳周期及臨界導電模式（CrM）/不連續(xù)導電模式（DCM）工作。基于NCP1652采用85至135Vac或185至264Vac輸入的50W-150WAC-DCLEDT案的示意圖如圖6所示。圖6:基于NCP1652單段式PFC

11、控制器的50W-150WAC-DCLED方案。50W以上功率的AC-DCLED照明應用如果需要更高能效的LED電源，則需要高能效的LED照明拓撲結構，往往從反激式拓撲結構轉向諧振半橋拓撲結構，以充分發(fā)揮零電壓開關（ZVS）技術的優(yōu)勢。NCP1396及NCP1901均是安森美半導體開發(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+皆振半橋LED驅動器方案，輸入電壓為90至264Vac,功率100W至300W,其中半橋段工作在固定頻率以及固定占空比，用于降低開關損耗。圖7:基于NCP1901的100W-300WAC-DCLED照明方案2, DC-DCLED明方案采

12、用DC-DC電源供電的LED照明應用中，常見具體應用包括1W-3WMR11/MR1驛壓LED燈泡、1W-20WM壓LED驅動器和20W-60W大功率LED驅動器。其中，在1W-3WDC-DCLED照明應用中，可以采用安森美半導體的CAT4201降壓LED驅動器，這顆器件兼容于12V及24V系統(tǒng)，提供達350mA的LED驅動電流，能夠在24V系統(tǒng)中驅動7個串聯(lián)的LED,能效高達94%這顆器件采用有專利的開關控制架構，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、熱保護及LED開路保護等全面的保護特性。這顆器件在1W-3WDC-DCLED應用中的電路示意圖如圖8所示。圖8:

13、基于CAT4201的1W-3WDC-DCLED方案。而在功率范圍達1W-20W的DC-DC升壓LED應用中，可以采用安森美半導體的NCP3065/6或NCV3065/6（汽車應用版本）降壓、升壓、單端初級電感轉換器（SEPIC）及逆變多模LED驅動器，并選擇其中的升壓電路模式。另外，功率范圍達20W-60W勺DC-DCW壓LED應用中可以采用安森美半導體的NCP1034同步降壓PW懈制器。3, LED手電筒驅動方案手電筒DC-DCLED照明方案包括升壓型及降壓型兩種。1W-3W的升壓型DC-DCLE芹電筒應用中可以采用帶真關閉功能的NCP142任壓DC-DC專換器，而1W-3W勺降壓LE"電筒應用中可以采用NCP1529低壓降壓轉換器，二者的應用示意圖見圖9。升壓方案降壓方案DI LEDm1V-2.5VC102R2PR4V，5 5VE2Z>U1NCP1421(MJTU1NCP1&a