高能效AC-DC LED通用照明方案分析和應(yīng)用

在節(jié)能、環(huán)保及全球LED照明迅猛增長的趨勢下，LED球泡燈等已幾乎家喻戶曉，而隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，LED成本及性能水準(zhǔn)已大幅提升。安森美半導(dǎo)體專注于運用在電源管理方案方面的專知和技術(shù)，克服固態(tài)照明的挑戰(zhàn)，提供LED照明應(yīng)用的完整方案，涵蓋高低功率因數(shù)、隔離或者非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)光以及非調(diào)光的應(yīng)用等，并利用在工業(yè)應(yīng)用的經(jīng)驗和專長，不斷開拓新興的智能照明市場，推出有線及無線通信系列產(chǎn)品(PLC 、KNX)、環(huán)境光及無源紅外(PIR)傳感器、以太網(wǎng)供電(PoE)控制器等，滿足不同的應(yīng)用需求，推動LED照明市場的發(fā)展和進(jìn)步。本文將重點介紹安森美半導(dǎo)體近期于AC-DC通用照明新增的產(chǎn)品系列及智能照明方案。

功率因數(shù)校正(PFC)初級端控制LED驅(qū)動器

針對筒燈、線性管/LED燈泡替代、電子控制裝置、LED照明引擎及智能照明等要求高功率因數(shù)、低諧波失真的最高60 W功率的單段式設(shè)計應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體推出LED驅(qū)動器系列NCL30085、NCL30086、NCL30088，利用PFC初級端電流控制算法，當(dāng)采用準(zhǔn)諧振(QR)模式工作時提供高能效。以NCL30088為例，它支持隔離反激、降壓-升壓、單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功率因數(shù)(PF)典型值高于0.98，無需光耦，能單獨從初級端實現(xiàn)精密穩(wěn)流(精度典型值±2%)，提供線性前饋補(bǔ)償，寬VCC范圍支持寬正向電壓應(yīng)用，低啟動電流典型值13 uA，可工作于-40℃至125℃的寬工作溫度范圍，基于負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的電流熱反走可防止LED驅(qū)動器在惡劣環(huán)境下過熱，并內(nèi)置一系列強(qiáng)固的保護(hù)特性，包括：LED串開/短路保護(hù)、逐周期限流、輸出二極管短路保護(hù)、VCC偏置電壓和欠壓保護(hù)、電流感測電阻短路保護(hù)及自動恢復(fù)或閂鎖故障處理。而NCL30086“可智能調(diào)光”，支持以控制平均LED電流的單個輸入進(jìn)行模擬/數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光，與非調(diào)光的NCL30088相輔相成。

關(guān)于安森美半導(dǎo)體高能效AC-DC LED通用照明方案分析和應(yīng)用

圖1：PFC初級端控制LED驅(qū)動器

NCL30088應(yīng)用示例——高達(dá)20 W的降壓-升壓驅(qū)動器用于LED線性燈管

NCL30088作為降壓-升壓驅(qū)動器用于高達(dá)20 W的LED線性燈管時，交流輸入電壓范圍90-305 Vac，正向電壓范圍90-180 Vdc，提供100 mA輸出電流，PF大于0.98，總諧波失真(THD)典型值5%，能效高達(dá)91%。

關(guān)于安森美半導(dǎo)體高能效AC-DC LED通用照明方案分析和應(yīng)用

圖2：NCL30088應(yīng)用于LED線性燈管的評估板和能效測試值

NCL30085應(yīng)用示例——達(dá)10 W的隔離型3步線性可調(diào)光驅(qū)動器用于燈具

NCL30085作為隔離型可調(diào)光驅(qū)動器用于燈具時，通過切換開關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷提供3步對數(shù)調(diào)光：75%、25%、5%，交流輸入電壓范圍90-265 Vac，正向電壓范圍14-28 Vdc，輸出電流350 mA，功率因數(shù)大于0.98，THD典型值10%，能效高達(dá)85%。

關(guān)于安森美半導(dǎo)體高能效AC-DC LED通用照明方案分析和應(yīng)用

圖3：NCL30085的評估板和3步調(diào)光圖示

高功率因數(shù)反激式LED驅(qū)動器——NCL30060

為確保當(dāng)工作在臨界導(dǎo)電模式(CrM)時在寬范圍輸入電壓和輸出功率提供接近1的功率因數(shù)，安森美半導(dǎo)體推出高功率因數(shù)反激式LED驅(qū)動器NCL30060，該器件采用恒定導(dǎo)通時間的PWM控制方法，可支持大于50 W的功率范圍。次級端反饋控制支持諸如隔離型1-10 V調(diào)光、寬正向電壓范圍或要求LED模塊熱反饋的應(yīng)用，典型用于LED驅(qū)動器、光源和燈具及電子控制裝置等中等功率單段式設(shè)計應(yīng)用。NCL30060支持達(dá)700 V的高壓啟動，提供高功率因數(shù)及低THD，寬Vcc范圍，提供直接的光耦反饋連接，集成12 V門極驅(qū)動鉗位和自動恢復(fù)/閂鎖故障選項等功能，并內(nèi)置初級端過流、輸出過壓、繞組短路、輸出整流器短路、輸出短路、欠壓等強(qiáng)固的故障保護(hù)。安森美半導(dǎo)體還為該器件提供輔助設(shè)計工具和支持，包括NCL30060LED1GEVB評估板、EVBUM2240/D評估板手冊及基于Microsoft Excel的設(shè)計工具。評估板支持90-305 Vac的輸入電壓范圍，10-41 V的正向輸出電壓范圍，提供700 mA恒定的輸出電流和高達(dá)25 W的輸出功率，支持1-10 V或PWM調(diào)光，THD小于10%，能效高達(dá)88%。

關(guān)于安森美半導(dǎo)體高能效AC-DC LED通用照明方案分析和應(yīng)用

圖4：NCL30060LED1GEVB評估板和@25 W時的性能表現(xiàn)

高功率因數(shù)低紋波兩段LED驅(qū)動器——NCL30030

安森美半導(dǎo)體的NCL30030針對高棚燈、路燈和停車場照明、槽形燈具替代、高壓氣體放電燈(HID)替代、舞臺燈光等大功率照明應(yīng)用，高度集成CrM PFC及QR反激控制器：PFC段利用獨特的乘法器結(jié)構(gòu)提供低THD，而QR控制器利用專有谷底鎖定系統(tǒng)提速，并隨著功率減小降低開關(guān)頻率，以提供高達(dá)90%的能效?？商峁┕收峡刂埔_用于可編程的熱關(guān)斷，且可使用專用引腳禁用PFC。NCL30030支持700 V高壓啟動，提供高達(dá)30 V的寬Vcc范圍，內(nèi)置強(qiáng)固的保護(hù)組合，可進(jìn)行自動恢復(fù)故障處理。

安森美半導(dǎo)體為NCL30030提供 NCL30030LEDGEVB評估板，支持90-305 Vac的輸入電壓范圍、60-210 V的正向輸出電壓范圍、 700 mA的輸出電流和高達(dá)150 W的輸出功率。

智能照明

智能照明通過通信及傳感技術(shù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制(導(dǎo)通或關(guān)斷，調(diào)光或改變色彩)及監(jiān)測(遠(yuǎn)程診斷)，從而以更少電能執(zhí)行相同或更多任務(wù)，達(dá)到提升能效、節(jié)能的目的。

(一)通信

1.PLC調(diào)制解調(diào)器/電力線驅(qū)動器

電力線組成了全世界最大的銅基礎(chǔ)設(shè)施，電力線通信(PLC)已成為用為主要通信及控制鏈路的符合邏輯的途徑。使用PLC調(diào)制解調(diào)器可實現(xiàn)雙向通信，以構(gòu)成完全聯(lián)網(wǎng)的智能系統(tǒng)。安森美半導(dǎo)體提供PLC調(diào)制解調(diào)器NCN49599、NCN49597用于智能電網(wǎng)、AMIS49587用于智能電表，以及功率放大器NCS5651用作驅(qū)動。

NCN49597基于ARMCortexM0內(nèi)核微控制器(MCU)，同時支持AC及DC工作，每通道最大波特率達(dá)4.8k，支持A、B、C及D波段，且提供可編程軟件，而NCN49599在NCN49597基礎(chǔ)上還集成1.2 A、兩段式功率放大器。AMIS-49587基于 ARM7 MCU，僅支持AC工作，每通道最大波特率為2.4k ，支持A、B波段。這些調(diào)制解調(diào)器都采用領(lǐng)先的擴(kuò)頻型頻移鍵控(S- FSK)技術(shù)，嵌入MAC+PHY，提供極低能耗。

關(guān)于安森美半導(dǎo)體高能效AC-DC LED通用照明方案分析和應(yīng)用

圖5. PLC調(diào)制解調(diào)器/電力線驅(qū)動器

2.KNX收發(fā)器

KNX是基于OSI的標(biāo)準(zhǔn)化(EN 50090, ISO/IEC 14543)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)定，用于智能樓宇。KNX網(wǎng)絡(luò)基于現(xiàn)有雙絞線，使用KNX收發(fā)器來通信。KNX承接及融合了此前的三個標(biāo)準(zhǔn)：歐洲家用系統(tǒng)協(xié)定(EHS)、BatiBUS及歐洲安裝總線(EIB或Instabus)，并支持EN50090歐洲標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC14543-3國際標(biāo) 準(zhǔn)、GB/Z20965中國標(biāo)準(zhǔn)、ANSI/ASHRAE135美國標(biāo)準(zhǔn)等開放標(biāo)準(zhǔn)。

KNX收發(fā)器可連接電路及傳感器，為建筑物內(nèi)9600波特KNX雙絞線(TP)總線提供溫度及亮度控制，而TP總線可提供數(shù)據(jù)通信及電源。安森美半導(dǎo)體的KNX收發(fā)器NCN5120集成20 V穩(wěn)壓器和兩路DC-DC轉(zhuǎn)換器，提供3.3 V固定電壓和3.3 V-21 V的調(diào)節(jié)電壓，用于照明控制、遮光和百葉窗控制、供暖、通風(fēng)、訪問控制和遠(yuǎn)程控制，集成度高、物料單成本低。

(二)傳感

1. 運動檢測器無源紅外控制器(PIR)

針對照明及占用情況傳感市場，安森美半導(dǎo)體推出PIR NCS36000，可放大和調(diào)理源自PIR傳感器的信號。該器件的工作電壓為3.0 V— 5.75 V，集成低噪聲雙級放大器，并集成電壓參考以驅(qū)動傳感器，內(nèi)部振蕩器帶外部電阻電容，支持單/雙脈沖檢測，數(shù)字濾波器可將故障告警減至最少，可直接驅(qū)動LED及繼電器?？蛻艨啥ㄖ茢?shù)字濾波和模擬工藝，靈活且物料單 (BOM)成本比可相比擬的分立元件方案更少，適用于配合寬范圍的占用情況傳感器。

關(guān)于安森美半導(dǎo)體高能效AC-DC LED通用照明方案分析和應(yīng)用

圖6：運動檢測器PIR

2. 環(huán)境光及距離傳感器

安森美半導(dǎo)體提供NOA1212 、NOA1305環(huán)境光傳感器及NOA3302環(huán)境光及距離傳感器。該系列器件可根據(jù)EEPROM靈活定制，具0.0125流明檢測，帶可定制的濾波(即適光性光回應(yīng))，提供暗電流及溫度補(bǔ)償、最低的平均每分辨率位的能耗，其高速模式I2C接口在斷電期間對總線工作沒有任何影響。

關(guān)于安森美半導(dǎo)體高能效AC-DC LED通用照明方案分析和應(yīng)用

圖7 ：環(huán)境光傳感器

(三)以太網(wǎng)供電(PoE)控制器

安森美半導(dǎo)體提供NCP1080、NCP1081、NCP1082、NCP1083、NCP1090、NCP1091、NCP1092、NCP1093、NCP1094用于PoE應(yīng)用，以NCP1083為例，它集成完全兼容的PoE和DC-DC控制器，可用于驅(qū)動LED燈，而LED燈可通過PoE遠(yuǎn)程控制。當(dāng)以太網(wǎng)線纜上通電時，NCP1083支持正常的PoE工作。而在以太網(wǎng)線纜上沒有通電時，這器件接受輔助電源輸入，為應(yīng)用供電。NCP1083符合IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn)，支持達(dá)40 W穩(wěn)壓功率的擴(kuò)展功率范圍，峰值能效高達(dá)89%。

關(guān)于安森美半導(dǎo)體高能效AC-DC LED通用照明方案分析和應(yīng)用

圖8：PoE控制器NCP1083

結(jié)語

安森美半導(dǎo)體持續(xù)推出新系列AC-DC通用照明方案以滿足各類應(yīng)用對尺寸、能效、功率因數(shù)、驅(qū)動電流等不同要求，并因應(yīng)當(dāng)前智能LED照明的發(fā)展潮流，提供領(lǐng)先的通信、傳感器系列產(chǎn)品及方案，為工程師實現(xiàn)更節(jié)能環(huán)保的智能照明系統(tǒng)拓寬設(shè)計選擇。