LED照明驅(qū)動(dòng)電源方案選擇指引

1、照明驅(qū)動(dòng)電源方案選擇指南解決方案：不同功率供電通用照明應(yīng)用要求及方案?不同功率供電通用照明應(yīng)用要求及方案?特別適合低電流照明應(yīng)用的線性恒流穩(wěn)流器?照明解決方案周邊元器件?本文旨在探討通用照明市場(chǎng)不同功率范圍及不同電源供電應(yīng)用的要求，以及適用的驅(qū)動(dòng)器及相關(guān)元器件， 幫助照明設(shè)計(jì)工程師盡擇適合的元器件方案，加快上市進(jìn)程。不同功率供電通用照明應(yīng)用要求及方案不同功率的交流 -直流 () 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( )是首選。安森美半導(dǎo)體提供覆蓋寬廣功率范圍的照明方案，表 1 列舉了幾種

2、典型的安森美半導(dǎo)體照明方案。表 1：安森美半導(dǎo)體典型通用照明解決方案。從應(yīng)用的功率等級(jí)來(lái)看，供電的通用照明應(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 通用照明應(yīng)用要求及方案在 1 W 到 8 W 的低功率通用照明方面， 典型應(yīng)用如G13、10、16、20 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 和 700 兩種，能效要求為 80%，并要求提供短路保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)等保護(hù)特性。在這類應(yīng)用中，可以采用安森

3、美半導(dǎo)體的 1015 自供電單片開關(guān)控制。這器件集成了固定頻率 (65/100/130 ) 電流模式控制器和 700 如軟啟提供構(gòu)建強(qiáng)固的低成本電源所需的全部特性， 的高壓，V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(wú)需輔助繞組 )等。值得一提的是， 1015在 1 W 到 8 W 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(jiǎn)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(guò)安規(guī)認(rèn)證的應(yīng)用。非隔離型方案采用抽頭電感來(lái)隔離交流信號(hào)，能

4、提高工作的占空比，提高系統(tǒng)能效及電路性能。圖 1：基于安森美半導(dǎo)體 1015 的 1 至 8 W 隔離型 (a)及非隔離型 (b) 照明方案。上述基于 1015 的隔離型及非隔離型方案均不含，但安森美半導(dǎo)體也提供含的 10151014方案，為客戶提供更多選擇。2)8 W 至 25 W 通用照明應(yīng)用要求及方案：無(wú)與有在 8 25 W 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 ()。另一方面， 美國(guó)能源部 ()“能源之星”固態(tài)照明()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()。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)用的驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)須大于 0.

5、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。不需要的 8 W 到 25 W 照明方面，典型應(yīng)用如 30、 38 和嵌燈。在這類應(yīng)用中，輸入電壓要求為 85135 或 185264(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 、700 及 1 A 等不同電流。相應(yīng)地，可以采用安森美半導(dǎo)體的 1028或 1351，見圖 2。圖 2：基于 1028 和 1351的 8-15/25 W照明方案 (無(wú))其中， 1028 是一款增強(qiáng)型單片開關(guān)控制，提供800 峰值電流，還提供過(guò)功率保護(hù)

6、、 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 1028的無(wú)方案，安森美半導(dǎo)體現(xiàn)也提供基于1028 的有的方案。 1351 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()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(cè)及擴(kuò)展的電源電壓范圍等特性。在要求的 8 W 到 25 W照明方面，典型應(yīng)用同樣是30、38 和嵌燈。這類應(yīng)用的輸入電壓規(guī)格為90 至 264 ，能效要求 80%，支持 350 、700 及 1 A 恒流輸出，提供短路及過(guò)壓保護(hù)，功率因數(shù)要求高于 0

7、.9。這類應(yīng)用適合采用安森美半導(dǎo)體的 30000單段式減少元單段式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)省下專用升壓段， 功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)器。 器件數(shù)量，幫助降低系統(tǒng)總成本。 30000提供高于 0.9 的功率因數(shù)，滿足 C 類諧波含量要求。這器件能夠直接驅(qū)動(dòng)，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%，并支持等現(xiàn)有調(diào)光方案。圖 3：基于 30000 的 8-25 W 照明方案 (有 )3)50 W 至 200 W 通用照明應(yīng)用要求及方案功率高于 50 W 的 應(yīng)用廣泛用于街道照明及大功率區(qū)域照明，可以采用不同的方案，用于50 150 W或 100W -200 W 的功

8、率范圍。假定其輸入電壓規(guī)格為90264 ，功率因數(shù)高于 0.9，能效大于 85%，提供短路及過(guò)壓保護(hù)，及350 、700 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：驅(qū)動(dòng)器；：?jiǎn)味问?3000116071377：；16071397或 1392/3：。圖 4：基于 30001 的 40-150 W 照明方案以 30001為例，這是一款電流連續(xù)模式 ()控制器，用于40W到150 W 功率范圍的單段式功率因數(shù)校正驅(qū)動(dòng)器。這器件支持20到 250 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(guò)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 30

9、001的典型應(yīng)用電路圖。值得一提的是， 近年來(lái)， 業(yè)界對(duì)超高能效的照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)興趣日濃，期望在相對(duì)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(guò) 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) ()的優(yōu)勢(shì)。有利的是，安森美半導(dǎo)體早已著手開發(fā)能用于驅(qū)動(dòng)電源的高能效半橋解決方案，如 1396及其升級(jí)版 1397 高性能諧振模式控制器。 1397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

10、護(hù)特性。不同功率供電通用照明應(yīng)用要求及方案4)1 3 W降壓應(yīng)用典型 1 3 W 降壓照明應(yīng)用包括 1116、汽車照明、太陽(yáng)能供電等。這類應(yīng)用的輸入電壓為 5 到 28 ，支持 350 和 700 恒流輸出， 頻率達(dá) 500 至 2 ，能效不低于 90%，工作溫度范圍為 -40至 125。在這類應(yīng)用中，可以采用安森美半導(dǎo)體的4201 降壓驅(qū)動(dòng)器。這器件擁有專利的開關(guān)控制架構(gòu)，可驅(qū)動(dòng)7 顆串聯(lián) (24 V 輸入時(shí) )，能效高達(dá) 94%，并提供開路保護(hù)、限流和過(guò)熱保護(hù)等保護(hù)特性。圖 5： 4201 1-3 W 方案。5)1 30 W降壓應(yīng)用典型 1 30W降壓應(yīng)用包括16 射燈、街道照明中的次級(jí)端

11、驅(qū)動(dòng)器。這類應(yīng)用中， 輸入電壓范圍為7 至 120 ，輸出電壓范圍為6至 110 ，支持 350 、700 或 1 A 恒流輸出，能效不低于90%。這類應(yīng)用可以采用安森美半導(dǎo)體的30100降壓驅(qū)動(dòng)器， 這器件外置開關(guān)，提供靈活的輸入電壓和輸出電流設(shè)計(jì)，能效高于95%，其應(yīng)用電路圖參見圖6(a)。圖 6：基于 30010的 1-30 W 降壓應(yīng)用和基于 3066 的 3-20 W 升壓應(yīng)用。6)1 20 W升壓應(yīng)用典型 3 20 W升壓應(yīng)用常見于驅(qū)動(dòng)器。這類應(yīng)用的輸入電壓為5 至 28 ，支持 350 或 700 恒流輸出，能效不低于 90%。這類應(yīng)用可以采用安森美半導(dǎo)體的 30653066 驅(qū)

12、動(dòng)器。 30653066能夠配置為降壓、升壓、單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器 ()和逆變器等不同模式，并提供相應(yīng)的汽車應(yīng)用版本，即30653066。圖 6(b)顯示的是 3066 的升壓配置應(yīng)用電路圖。7)1 3 W 手電筒升壓 / 降壓應(yīng)用1 3 W 手電筒應(yīng)用中既有升壓型，也有降壓型。升壓型應(yīng)用的輸入電壓范圍為 1 至 2.5 ，工作頻率達(dá) 1.2 ；降壓型應(yīng)用的輸入電恒 600 或 350 兩類應(yīng)用都需支持。 1.7 頻率達(dá)， 5.5 至 4 壓范圍為流輸出，能效高于 90%。在 1-3 W 手電筒升壓應(yīng)用可采用安森美半導(dǎo)體的 1421 升壓轉(zhuǎn)換器，同等功率范圍的手電筒降壓應(yīng)用可以采用安森美半導(dǎo)體的

13、 1529 低壓降壓轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用電路圖分別如圖 7(a)和圖 7(b)所示。圖 7：基于 1421 的升壓型和基于 1529的降壓型 1-3 W 手電筒應(yīng)用。特別適合低電流照明應(yīng)用的線性恒流穩(wěn)流器前文根據(jù)不同的供電類型， 探討了不同功率范圍應(yīng)用的要求及適合采用的驅(qū)動(dòng)電源方案。 但縱觀不同的照明應(yīng)用， 可以發(fā)現(xiàn)有一類應(yīng)用側(cè)重于低電流應(yīng)用， 典型應(yīng)用如商業(yè)和工業(yè)標(biāo)識(shí)牌、 汽車停車燈和尾燈， 以及建筑物和裝飾照明等。 這類低電流應(yīng)用常見的驅(qū)動(dòng)方案包括低壓降線性穩(wěn)壓器和電阻等。這兩種驅(qū)動(dòng)方案各有其優(yōu)劣勢(shì)。安森美半導(dǎo)體利用正申請(qǐng)專利的自偏置晶體管()有利的是，技術(shù)，結(jié)合自身超強(qiáng)的工藝控制能力，推出一種新

14、的低電流驅(qū)動(dòng)方案 45 系列雙端和三端線性恒流穩(wěn)流器 ()。這種方案比線性穩(wěn)壓器更簡(jiǎn)單， 且成本更低， 但性能相比電阻方案又大幅提升，填補(bǔ)了市場(chǎng)空隙。 45 系列提供眾多優(yōu)勢(shì)，如在寬電壓范圍下保持亮度恒定， 輸入電壓較高時(shí)保護(hù)免受過(guò)驅(qū)動(dòng)影響，輸入電壓較低時(shí)仍使較亮， 幫助減少或消除編碼庫(kù)存， 以及幫助降低系統(tǒng)總成本等，非常適合低電流電流應(yīng)用。照明應(yīng)用方案周邊元器件眾所周知，照明系統(tǒng)較為復(fù)雜，涉及光學(xué)、電和熱等不同范疇。安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于綠色電子產(chǎn)品的首要高性能、 高能效硅方案供應(yīng)商，提供完整的照明解決方案，除了驅(qū)動(dòng)電源外，還包括通信、光傳感器、 、整流器、保護(hù)、濾波器和熱管理產(chǎn)品，參見圖 8。例如，環(huán)境光及街燈強(qiáng)度控制、背光強(qiáng)度控制和顯示屏白平衡控制等應(yīng)用需要能耗極低的環(huán)境光傳感器， 并要求光傳感器支持精確的低光等級(jí)工作， 特別是在存在濾光的情況下。 在這類應(yīng)用中，安森美半導(dǎo)體提供包括光傳感器、 驅(qū)動(dòng)器及高速 I2C 接口的光電產(chǎn)品組合，其中的光傳感器產(chǎn)品包括1211(模擬輸出 )、1302(數(shù)字輸出 )和 1305(數(shù)字輸出 )等。這些光傳感器的工作電流極低，在 100 流明光輸出條件下分別僅為 58 A、550 A 和 115 A。此外，街燈等應(yīng)用為了降低后期維護(hù)成