LED通用照明應(yīng)用通常包括大功率、中等功率和低功率三類,分別采用不同的LED驅(qū)動方案為相應(yīng)功率的應(yīng)用提供電源。安森美半導體提供各種針對通用照明的AC-DC LED驅(qū)動器方案,既有用于低功率的AC-DC LED驅(qū)動器,也有適合大功率的AC-DC LED驅(qū)動器,可滿足更高能效、控制架構(gòu)簡單的要求。
常見的LED照明AC-DC驅(qū)動方案
大功率應(yīng)用為40至300 W,主要是戶外及基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用,包括區(qū)域照明(街燈、停車場燈、熒光燈替代、公園及休閑場所燈等)、隧道燈、高頂燈、建筑物;中等功率應(yīng)用為8至60 W的商業(yè)及建筑物應(yīng)用,如戶外建筑、冷柜/冰箱燈、洗墻燈、嵌燈、聚光燈(PAR20/30/38)類、裝飾性燈具、吊扇燈;低功率為1至12 W的住宅及商業(yè)應(yīng)用,包括櫥柜內(nèi)照明、臺燈、一體式燈泡(A型燈)、電器、重點照明。
圖1:安森美半導體AC-DC LED驅(qū)動器方案概覽
按照輸出功率劃分,在1-10 W,安森美半導體提供內(nèi)置FET的NCP1010~5(隔離型,能效近80%);在1-15 W,有內(nèi)置FET的NCP1027/8(隔離型,能效近80%);1-30 W,有使用外部FET的LV5026/27/28(非隔離型,能效在85%以上);1-50 W,可以選用使用外部FET的NCL30000(隔離型,能效85%以上);40 W至150 W可采用使用外部FET的CCM降壓/升壓NCL30001(隔離型,能效在85%以上);功率高達300 W的應(yīng)用可以使用CrM PFC + 諧振半橋的NCL30051,能效可達90%以上。豐富的驅(qū)動方案為LED照明設(shè)計師提供了多種選擇。
1)低功率AC-DC LED驅(qū)動器
在一些低功率AC-DC非隔離LED照明應(yīng)用中,既要求高功率因數(shù),又要求支持調(diào)光,如模擬、數(shù)字(PWM)或三端雙向可控硅開關(guān)器件(TRIAC)調(diào)光等。這些應(yīng)用既可以采用安森美半導體的NCL30000功率因數(shù)校正TRIAC可調(diào)光LED驅(qū)動器,也可以采用LV5026/29系列高功率因數(shù)可調(diào)光LED驅(qū)動器。
LV5026是一款可調(diào)光高功率因數(shù)方案,兼容TRIAC調(diào)光,如圖2所示。
圖3是采用LV5026的非隔離可調(diào)光高功率因數(shù)LED驅(qū)動器方案。該電路可驅(qū)動大功率場效應(yīng)管電路、采用步進控制方式、具有頻率振蕩功能;其基準電壓可從外部調(diào)整,兼容數(shù)字調(diào)光和模擬調(diào)光;此外還內(nèi)置軟啟動、過電流保護電路、過熱保護電路和過電壓保護電路。
圖3:LV5026非隔離可調(diào)光高功率因數(shù)LED驅(qū)動器方案
安森美半導體LV502x系列器件的PWM控制架構(gòu)可以降低EMI。2級驅(qū)動方式可以削減電流噪聲,實現(xiàn)優(yōu)于競爭器件的低EMI效果。另外,采用非隔離拓撲結(jié)構(gòu)的LED驅(qū)動器具有電路中磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數(shù)量更少以及總物料單(BOM)成本更低的綜合優(yōu)勢,還可以用機械設(shè)計來滿足安規(guī)要求。
如果客戶需要同時支持TRIAC調(diào)光、PWM調(diào)光及模擬調(diào)光,則應(yīng)選擇LV5026M。為了改善功率,在使用LV5026M的LED照明驅(qū)動電路時,改變一下電路構(gòu)成就可以提高功率因數(shù)。有兩種方法可以做到這一點。一種是減小AC電壓平滑用電容器,擴大AC電流的導通角;另一種是控制功率場效應(yīng)管中流過的電流與輸入AC電壓的比例。提高功率因數(shù)的電路配線如圖3所示。不同點是,以前REF端子是施加一定的電壓,現(xiàn)在是輸入電壓Vin(AC)平滑后的電壓經(jīng)電阻分壓后施加在REF端子上。
采用LV5026M的3 W非隔離降壓電路設(shè)計如圖4所示。若只需要支持PWM及模擬調(diào)光,則可選擇LV5029MC。
圖4:改善功率因數(shù)校正的工作原理
2)大功率AC-DC LED驅(qū)動器
在大功率方面,兩段式NCL30051功率因數(shù)校正(PFC)與半橋諧振LLC集成方案是很好的選擇。安森美半導體新的NCL30051離線式LED驅(qū)動器與新的NCL30160可調(diào)光恒流降壓LED驅(qū)動器搭配,可為空間受限且需要高能效的高亮度LED驅(qū)動器應(yīng)用提供極佳方案。
NCL30051是一款專用LED驅(qū)動集成電路(IC),能夠為降壓直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器/LED驅(qū)動器(如NCL30160)提供恒定電壓。該器件集成了一個臨界導電模式(CrM)PFC控制器及一個半橋諧振控制器,并內(nèi)置600伏(V)驅(qū)動器,針對離線電源應(yīng)用進行了優(yōu)化,具備了所有實現(xiàn)高能效、小外形因數(shù)設(shè)計所需的特性。NCL30051的半橋段采用固定頻率工作。該器件通過調(diào)節(jié)PFC段的輸出電壓來穩(wěn)壓,且集成了反饋環(huán)路開路保護,再加PFC過壓和欠壓檢測機制,以及可以最高設(shè)定為75千赫茲(kHz)的可調(diào)節(jié)頻率振蕩器。
NCL30160則是一款用于大功率LED的開關(guān)穩(wěn)壓器,采用基于NCL30051的驅(qū)動所提供的恒定電壓去降低電壓,從而為LED串提供恒定電流。通過利用僅55毫歐(mΩ)的低導通阻抗內(nèi)部MOSFET及以100%占空比工作的能力,能夠提供能效高達98%的方案。
該恒流器件以6.3 V至40 V的輸入電壓范圍工作,最高1.4兆赫茲(MHz)的高開關(guān)頻率使設(shè)計人員可采用更小的外部元件,幫助將電路板尺寸減至最小及成本降至最低。NCL30160包含遲滯控制特性,在負載瞬變期間提供快速的響應(yīng),省下小型信號控制環(huán)路補償元件。其保護特性包括可用電阻設(shè)定LED電流、LED短路保護、欠壓鎖定及熱關(guān)閉。
NCL30051與NCP30160 IC搭配工作可以最少的外部元件簡化電源電路設(shè)計。這種架構(gòu)使芯片組能夠集成在更緊湊及更高性價比的LED照明電源中,用于戶外照明(如街燈、停車場燈)及汽車照明等通用照明應(yīng)用。圖4是NCL30051簡化應(yīng)用電路圖。
為了讓設(shè)計師迅速獲得電路圖及可供訂購的物料單(BOM),簡化SIMetrix/SIMPLIS仿真及加速設(shè)計,安森美半導體還提供電子設(shè)計輔助工具——GreenPoint設(shè)計仿真工具;另外還提供NCL30051LEDGEVB評估板,其最大輸出功率限制為100 W,但在改變元件條件下最大可輸出250 W功率。它可以幫助客戶評估功率因數(shù)、能效、保護特性、調(diào)光功能等特性。
總結(jié)
LV5026M支持隔離/非隔離拓撲結(jié)構(gòu),提供更高能效,在主電源輸入電壓及LED負載范圍內(nèi)提供緊密的LED穩(wěn)壓,能夠提供高功率因數(shù)及低總諧波失真(THD),可用于切相(TRIAC)調(diào)光器的低功率應(yīng)用。NCL30051是極佳的高能效方案,控制架構(gòu)簡單,基于新穎的諧振模式控制方法,采用經(jīng)證明的CrM固定導通時間PFC控制方法,集成了固定頻率半橋、高壓門驅(qū)動器,極適合用于固定電壓LED電源及恒流LED驅(qū)動器,能用于30 W至200 W以上功率應(yīng)用。