通用照明挑戰及交流主電源供電LED驅動器拓撲

由于LED總光效要求及散熱限制，能效對低功率應用尤其重要；許多情況下，即使是較低功率應用也要求功率因數校正和諧波處理；在空間受限應用中，特別是替代燈泡應用，要求有很高的驅動功率密度；總體電源可靠性對整個燈的壽命非常重要；寬輸入電源電壓范圍應支持高達277 Vac；兼容TRIAC調光等要求。此外，LED通用照明還要符合演進的標準及安全規范，如“能源之星”和IEC要求。

根據應用要求(尺寸、能效、功率因數、功率、驅動電流)不同，以交流主電源驅動LED有多種拓撲。安森美半導體提供各種電源方案，可用于各種照明應用。

圖1：不同交流主電源供電LED驅動器拓撲結構

安森美半導體LED通用照明AC-DC解決方案

1) 功率因數校正方案

采用安森美半導體的NCP1611或NCP1612的160 W功率因數校正(PFC)升壓方案采用非隔離升壓拓撲，輕載能效高于傳統CrM PFC；無須額外元件，可靠性及安全性高。該方案采用電流控制頻率反走(CCFF)CrM，有升壓或旁路二極管短路保護、引腳開路/短路保護、優化的瞬態響應、軟過壓保護、輸入欠壓檢測、低總諧波失真配置、過熱關閉等特性。

這類PFC方案還包括NCP1607、NCP1608、NCP1615和NCP1654(非隔離升壓)；NCL30000(隔離單級反激、非隔離降壓)；NCL30001(隔離單級反激)；NCL30002(非隔離降壓)；NCL30060(單級反激或降壓)。

以NCL30000為例，“平均電流穩流”拓撲可以選擇兩種配置，一種是降壓配置(包含抽頭電感降壓配置)；另一種是降壓-升壓配置，電感沒有與LED串串聯，輸入電流波形或失真與輸出壓降無關。它可進行初級可控硅調光，適用于隔離和非隔離方案，隔離方案能效80－85％。

2) 初級端控制離線方案

初級端穩流(PSR)也稱初級端控制。初級端控制離線LED驅動器不使用光耦，具有±1%(典型值)的精密LED穩流精度、寬VCC范圍、高能效準諧振控制、強固的保護特性組合，以及寬工作溫度范圍(-40至+125℃)；支持反激及降壓-升壓拓撲，帶無源PFC輸入的功率因數約0.9；該系列可應用于LED燈泡替代、離線LED驅動器、嵌燈、室內/室外重點照明及任務燈及LED電子控制裝置。

圖2：初級端控制離線方案

可供選擇的器件有NCL30080A/B、NCL30081A/B、NCL30082A/B和NCL30083A/B(無源PFC控制)；NCL30085A/B、NCL30086A/B、NCL30087A/B和NCL30088A/B(有源PFC控制)。其調光控制包括非調光、3步/5步調光、模擬/數字、雙向可控硅/后緣觸發調光等。

3) AC-DC開關穩壓器

安森美半導體針對隔離反激式和非隔離式轉換器的開關穩壓器包括NCP1010、NCP1011、NCP1012、NCP1014/15、NCP1027/28、NCP1072/5、NCP1076等。這些器件均為電流模式，峰值電流限制從100 mA至800 mA。這些方案集成了MOS管，適用于隔離和非隔離應用，支持次級PWM調光、模擬調光或雙亮度等級調光，能效高達75－80％。

4) 用于高壓LED串的高功率因數升壓方案

高壓多結點LED正變得更加常見，因為供應商趨向更好地優化LED以提升系統總光效，并引入更加專用化的LED。這些LED每封裝的正向電壓可達24至200 V，可以優化用于定點照明、全向照明或線性照明。為了以低元件數量及標準現成電感實現此目標，電路中使用了NCP1075單片高壓開關穩壓器及高精度的NCP4328A恒流/恒壓控制器。

該方案能效高于90%，具有20 ms的快速啟動時間、LED開路保護、可使用現有電感、功率因數高于0.95，以及采用NCP1075時功率能力大于10 W的特性，應用主要是LED照明及燈管、低功率光源及燈具、電子控制裝置和LED驅動器。