安森美半導(dǎo)體通用照明AC-DC LED驅(qū)動器方案

　　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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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2：LV5026兼容TRIAC調(diào)光方案
　　
　　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(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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。
　　
　　
　　圖5：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(dǎo)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(dǎo)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。

供稿：安森美半導(dǎo)體