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(多图) 为不同功率LED通用照明应用选择适合的LED驱动电源方案

安森美半导体: EDN China?? 2010年06月07日 ?? 收藏0

  近年来,高亮度发光二极管(HB-LED)市场快速发展。LED光效不断增高,平均每流明光输出的成本也持续下降,使其应用范围不断拓宽,除了已经在屏幕尺寸小于4英寸的便携设备背光及体育场馆大型显示屏等应用中占据主导地位,更向汽车、中大尺寸液晶显示器(LCD)背光及通用照明等市场渗透,发展前景非常可观。

  以电灯泡和荧光灯管替代、嵌灯、街灯及停车灯、工作照明灯(台灯、橱柜内照明)、景观照明、广告牌文字电路、建筑物照明等通用照明市场为例,据估计,当前LED照明(或称固态照明,英文简称SSL)的应用比例低于1%,2008年LED驱动器及相关分立器件的市场规模(SAM)仅为约6.88亿美元,预计到2012年市场规模将增长至13.08亿美元,年复合增长率高达17.4%。因此,LED通用照明成为热点市场。

  本文旨在探讨LED通用照明市场不同功率范围及不同电源供电应用的要求,以及适用的LED驱动器及相关元器件,帮助照明设计工程师尽择适合的元器件方案,加快上市进程。

  不同功率AC-DC供电LED通用照明应用要求及方案

  不同功率的交流-直流(AC-DC) LED照明应用所适合的电源拓扑结构各不相同。如在功率低于80 W的应用中,反激拓扑结构是标准选择;而在讲究高能效的应用中,谐振半桥双电感加单电容(HB LLC)是首选。安森美半导体提供覆盖宽广功率范围的AC-DC LED照明方案,表1列举了几种典型的安森美半导体AC-DC LED照明方案。

表1:安森美半导体典型AC-DC LED通用照明解决方案。

安森美半导体典型AC-DC LED通用照明解决方案

  从应用的功率等级来看,AC-DC供电的LED通用照明应用包括低功率、中等功率和大功率等不同类型。低功率应用的功率范围通常在1到12 W之间,中等功率涵盖8到40 W范围,大功率应用的功率常高于40 W。

  1) 1 W至8 W LED通用照明应用要求及方案

  在1 W到8 W的低功率LED通用照明方面,典型应用如G13、GU10、PAR16、PAR20和嵌灯等。这类应用的输入电压范围在交流90至264 V之间,恒流输出电流包括350 mA和700 mA两种,能效要求为80%,并要求提供短路保护和过压保护等保护特性。

  在这类应用中,可以采用安森美半导体的NCP1015自供电单片开关控制IC。这器件集成了固定频率(65/100/130 kHz)电流模式控制器和700 V的高压MOSFET,提供构建强固的低成本电源所需的全部特性,如软启动、频率抖动、短路保护、跳周期、最大峰值电流设定点及动态自供电功能(无需辅助绕组)等。

  值得一提的是,NCP1015在1 W到8 W LED照明应用中,既可以用于隔离型方案,也可用于非隔离型方案,满足客户的不同应用需求。这两种方案的成本差不多。但隔离型方案采用变压器实现电气隔离,方案中包含简单的反馈电路和用于负载开路及故障保护的钳位电路,安全性高,更适合于需求通过安规认证的应用。非隔离型方案采用抽头电感来隔离交流信号,能提高MOSFET工作的占空比,提高系统能效及电路性能。

基于安森美半导体NCP1015的1至8 W隔离型(a)及非隔离型(b) LED照明方案

点击看原图

图1:基于安森美半导体NCP1015的1至8 W隔离型(a)及非隔离型(b) LED照明方案。

  上述基于NCP1015的隔离型及非隔离型方案均不含PFC,但安森美半导体也提供含PFC的NCP1015/NCP1014方案,为客户提供更多选择。

  2) 8 W至25 W LED通用照明应用要求及方案:无PFC与有PFC

  在8 W-25 W AC-DC LED照明应用中,我们要考虑两种情况。一种是应用不要求功率因数校正(PFC)。另一方面,美国能源部(DOE)“能源之星”固态照明(SSL)规范规定任何功率等级皆须强制提供功率因数校正(PFC)。这标准适用于一系列特定产品,如嵌灯、橱柜灯及台灯,其中,住宅应用的LED驱动器功率因数须大于0.7,而商业应用中则须大于0.9。但这标准属于自愿性标准,即可选择不遵从或遵从。因此,要考虑的另一种情况是要求PFC。

  不需要PFC的8 W到25 W AC-DC LED照明方面,典型应用如PAR30、PAR38和嵌灯。在这类应用中,输入电压要求为85~135 Vac或185~264Vac(或通用输入),能效要求大于80%,提供短路保护及开路保护等保护特性,恒流输出电流为350 mA、700 mA及1 A等不同电流。相应地,可以采用安森美半导体的NCP1028或NCP1351,见图2。

基于NCP1028和NCP1351的8-15/25 W AC-DC LED照明方案

点击看原图

图2:基于NCP1028和NCP1351的8-15/25 W AC-DC LED照明方案(无PFC)

  其中,NCP1028是一款增强型单片开关控制IC,提供800 mA峰值电流,还提供过功率保护、内置斜坡补偿及输入欠压保护等特性,适用于在通用宽电源输入的应用中提供几瓦至15 W的输出功率。除了基于NCP1028的无PFC方案,安森美半导体现也提供基于NCP1028的有PFC的方案。NCP1351则是一款固定导通时间、可变关闭时间脉宽调制(PWM)控制器,适用于成本至关重要的低功率离线反激开关电源应用。这器件支持频率反走,还具有闩锁输入、自然的频率抖动、负电流感测及扩展的电源电压范围等特性。

  在要求PFC的8 W到25 W AC-DC LED照明方面,典型应用同样是PAR30、PAR38和嵌灯。这类应用的输入电压规格为90至264 Vac,能效要求80%,支持350 mA、700 mA及1 A恒流输出,提供短路及过压保护,功率因数要求高于0.9。这类应用适合采用安森美半导体的NCL30000单段式功率因数校正LED驱动器。单段式拓扑结构省下专用PFC升压段,减少元器件数量,帮助降低系统总成本。NCL30000提供高于0.9的功率因数,满足IEC C类谐波含量要求。这器件能够直接驱动LED,带精确恒流输出控制,在5至15 W的较低输出功率时能效高于80%,典型能效高于83%,并支持TRIAC等现有调光方案。

基于NCL30000的8-25 W AC-DC LED照明方案

图3:基于NCL30000的8-25 W AC-DC LED照明方案(有PFC)


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LED驱动? 电源? NCP1015? PFC?

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