高能效驅(qū)動(dòng)器是LED通用照明的重點(diǎn)

要將LED照明的節(jié)能功能發(fā)揮至最高，就需要高能效的LED驅(qū)動(dòng)器。我們以LED燈泡為例，典型的LED燈泡包含LED陣列、驅(qū)動(dòng)電路、散光罩、散熱片和螺旋燈頭等主要組件，見(jiàn)圖2的左半部分。就驅(qū)動(dòng)電路而言，高能效LED驅(qū)動(dòng)器IC無(wú)疑是其中的重點(diǎn)。圖2的右半部分顯示了典型的LED燈泡驅(qū)動(dòng)電路，其中使用的是典型的獨(dú)立式LED驅(qū)動(dòng)器。

圖2:(a)典型LED燈泡剖視圖(左圖);(b)典型LED燈泡驅(qū)動(dòng)電路(右圖)

要發(fā)揮LED通用照明的高能效優(yōu)勢(shì)，LED驅(qū)動(dòng)器存在多重挑戰(zhàn)。首先就是能效至關(guān)重要。以LED燈泡為例，其形狀固定，散熱受限，采用高能效LED驅(qū)動(dòng)器則可幫助將更多電能轉(zhuǎn)化為光能，幫助散熱。其次，LED燈泡空間有限，需要更大的散熱片面積，較大功率的燈泡尤為如此。此外，LED正在迅速變化，提供多種選擇，這對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器的選擇也構(gòu)成了挑戰(zhàn)。由于LED燈泡空間有限，故須減小驅(qū)動(dòng)電子電路的尺寸以使剩余空間增多，配合散熱。LED通用照明涵蓋不同功率等級(jí)，故須優(yōu)化LED驅(qū)動(dòng)器選擇，以配合不同照明及功率要求。出于安規(guī)、LED選擇等因素，設(shè)計(jì)人員還須考慮是采用隔離還是非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由此也影響到LED驅(qū)動(dòng)器的選擇。

安森美半導(dǎo)體配合LED通用照明的驅(qū)動(dòng)器方案

安森美半導(dǎo)體積極推動(dòng)高能效創(chuàng)新，包括LED照明在內(nèi)的高能效電子創(chuàng)新，涉及LED照明的眾多細(xì)分市場(chǎng)，如前文提到的移動(dòng)設(shè)備、LCD背光、LED標(biāo)牌、汽車及通用照明等。其中，LED通用照明如今是安森美半導(dǎo)體在照明市場(chǎng)的重點(diǎn)。在LED通用照明市場(chǎng)，安森美半導(dǎo)體的策略是充分利用公司寬廣陣容的模擬電源IC、分立器件及先進(jìn)微封裝，提供與眾不同的高能效LED驅(qū)動(dòng)器方案。

安森美半導(dǎo)體提供覆蓋涵蓋寬廣功率范圍及不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的LED驅(qū)動(dòng)器方案。安森美半導(dǎo)體能用于低功率LED通用照明應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器包括NCL30000、NCL30002及NCL3008x系列等。其中，NCL30000是單段式功率因數(shù)校正(PFC)、支持TRIAC調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)器，采用次級(jí)端控制器，支持反激/降壓/降壓-升壓等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。NCL30002也是單段式功率因數(shù)校正LED驅(qū)動(dòng)器，支持降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供±3%的電流容限。NCL3008x系列目前包括NCL30080、NCL30081、NCL30082和NCL30083等器件，是新推出的高能效準(zhǔn)諧振控制器，用于低功率LED照明應(yīng)用。

值得一提的是，NCL3008x系列采用初級(jí)端穩(wěn)流(Primary Side Regulation)技術(shù)(也稱初級(jí)端控制或原邊控制)這種新穎的控制方法，省去次級(jí)端控制電路及光耦，能夠精確地從初級(jí)端對(duì)LED電流進(jìn)行恒流穩(wěn)流，幫助簡(jiǎn)化PCB布線、節(jié)省電路板空間、提升能效，并簡(jiǎn)化安全分析(見(jiàn)圖3左)。此外，它還具有高穩(wěn)流精度、支持寬正向壓降(Vf)范圍、低電磁干擾(EMI)及集成強(qiáng)固保護(hù)特性等眾多優(yōu)勢(shì)。這系列器件提供0.8至0.9的功率因數(shù)，符合美國(guó)“能源之星”對(duì)功率大于5W的LED燈泡在功率因數(shù)方面的要求(PF>0.7)。

圖3:(a) NCL3008x新穎的初級(jí)端控制技術(shù)(左);(b) 基于NCL3008x的A19燈泡參考設(shè)計(jì)(右)

安森美半導(dǎo)體還開(kāi)發(fā)了基于NCL30082的緊湊型A19 LED燈泡的參考設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2右側(cè))。這參考設(shè)計(jì)優(yōu)化用于隔離反激或非隔離降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化用于10W LED照明應(yīng)用。它采用谷底填充PFC來(lái)滿足“能源之星”功率因數(shù)高于0.7的要求。PCB及元件的尺寸目標(biāo)是22x60mm柱體。測(cè)試顯示，此參考設(shè)計(jì)提供高能效、高功率因數(shù)及高穩(wěn)流精度。

而在中等功率及大功率LED照明方面，安森美半導(dǎo)體同樣提供豐富的產(chǎn)品組合，滿足客戶不同應(yīng)用需求。其中既包含單段式及組合控制器，也包含傳統(tǒng)的兩段式(PFC段+DC-DC段)控制器，覆蓋從15W至400W的寬廣功率范圍，如圖4所示。

圖4:安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于中大功率LED通用照明的驅(qū)動(dòng)器

從圖4中可以看出，在中等功率LED通用照明應(yīng)用中，可以采用NCL30000及NCL30001這樣的單段式功率因數(shù)校正LED控制器;而在功率更大的應(yīng)用中，可以采用NCL30051和NCP1910這樣的高能效組合控制器。以NCL30051為例，這是一款功率因數(shù)校正(PFC)及諧振半橋組合控制器，優(yōu)化用于離線LED照明應(yīng)用，能夠?yàn)榻祲篋C-DC轉(zhuǎn)換器/LED驅(qū)動(dòng)器提供恒定電壓。這器件集成了一個(gè)臨界導(dǎo)電模式(CrM) PFC控制器及一個(gè)半橋諧振控制器，并內(nèi)置600V驅(qū)動(dòng)器，針對(duì)離線電源應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，具備了所有實(shí)現(xiàn)高能效、小外形因數(shù)設(shè)計(jì)所需的特性。