LED通用照明設(shè)計工程師會遇到許多挑戰(zhàn),，如功率密度、功率因數(shù)校正(PFC),、空間受限和可靠性等。這些LED照明設(shè)計挑戰(zhàn)和電源設(shè)計挑戰(zhàn)類似,，具體講,，LED通用照明有以下幾個挑戰(zhàn)：由于總光效要求及散熱限制的影響，即使是低功率應(yīng)用能效也很重要,；在許多情況下,，較低功率也要求功率因數(shù)校正和諧波處理；在空間受限應(yīng)用中,，特別是替代燈泡應(yīng)用時，對驅(qū)動功率密度的要求很高,；總體電源可靠性對提高整個燈的壽命非常重要,；寬輸入電源電壓范圍應(yīng)該支持高達277 Vac；兼容TRIAC調(diào)光等傳統(tǒng)特定照明要求,。另外,，LED通用照明還要符合仍在演進的標準及安全規(guī)范，如美國“能源之星”和歐盟的國際電工委員會(IEC)要求,。
安森美半導體一直致力于為LED照明提供豐富的解決方案,，推出各種符合最新LED照明標準的產(chǎn)品，包括AC-DC電源IC,，DC-DC驅(qū)動器,，CCR穩(wěn)流器，恒流恒壓(CCCV)控制,，高壓FET,， 整流器，數(shù)字接口,，環(huán)境光傳感器,，保護，電力線通信(PLC)調(diào)制解調(diào)器等等,。本文主要介紹用于LED照明的AC-DC電源方案及相關(guān)電路,，幫助工程師應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，設(shè)計出滿足通用照明要求的產(chǎn)品,。
安森美半導體LED照明方案
圖1顯示了安森美半導體所提供的完備LED照明方案,。
圖1：安森美半導體LED照明方案應(yīng)用示意圖
在安森美半導體用于LED照明的AC-DC電源方案中，1至10 W的照明應(yīng)用中推薦使用NCP1010~5，1至15 W可使用NCP1027/8,，這些方案集成了MOS管,，適用于隔離和非隔離應(yīng)用，支持次級PWM調(diào)光,、模擬調(diào)光或雙亮度等級調(diào)光,，能效高達75－80％；1至30 W的應(yīng)用可以使用LV5026,、5027,、5028，支持隔離方案,，典型能效85％左右,；1至40 W推薦使用NCL30000，可進行初級可控硅調(diào)光,，適用于隔離和非隔離方案,，隔離方案能效80－85％。40至150 W推薦使用NCL30001,，它是一個連續(xù)導電模式(CCM)控制芯片,，隔離方案的典型能效85－90％；更大功率推薦使用NCL30051,。圖2是這些方案輸出功率與能效的對比,。以下將具體介紹這些方案的功能和特點。
圖2：LED照明的AC-DC電源方案輸出功率與效率的對比,。
針對1至30 W功率AC-DC應(yīng)用的LV5026/27/28系列LED控制器
該系列是安森美半導體成員公司三洋半導體的LED控制器--LV5026M,、LV5028TT和LV5027T，其中LV5026M具有TRIAC調(diào)光,、PWM調(diào)光,、模擬調(diào)光和功率因數(shù)校正功能；LV5028TT只有TRIAC調(diào)光和功率因數(shù)校正功能,。LV5026/7/8 TRIAC調(diào)光電路如圖3所示,。
圖3：LV5026/7/8 TRIAC調(diào)光電路。
以功能最多的LV5026M為例,，它是兼容不同調(diào)光的高壓LED控制器,，調(diào)光方式為TRIAC、模擬輸入或PWM輸入,，可選擇開關(guān)頻率(50 kHz,，開路70 kHz)。該方案是一個低噪聲開關(guān)系統(tǒng),，采用5段跳躍模式頻率,，可階躍驅(qū)動開關(guān),；其參考電壓可以選擇(內(nèi)部0.605 V及外部輸入電壓)，具有軟啟動功能和TRIAC穩(wěn)定功能,。
旨在降低電磁干擾(EMI)的PWM控制架構(gòu)具有優(yōu)于競爭產(chǎn)品的特性,。它采用2階躍驅(qū)動，可顯著減少噪聲,；非恒定周期的5個級別頻率可有效消除EMI峰值,。
低功率AC-DC LED電源轉(zhuǎn)換有兩種方式，一種是非隔離降壓,，要求機械式絕緣,；其設(shè)計及電路配置簡單，電路板尺寸小,，元件數(shù)量少,，能效較高，物料單(BOM)成本也更低,。另一種是隔離反激,，采用電氣(磁)隔離，易于滿足安全要求,，磁學設(shè)計較復雜,，適合較高功率的設(shè)計，需要較大的電路板尺寸,。
LV5026/7/8用于非隔離A19 LED燈，可實現(xiàn)以下產(chǎn)品特性：采用階躍門驅(qū)動方法,，具有振蕩頻率回轉(zhuǎn)功能,、高門能力驅(qū)動電路、可外部調(diào)節(jié)參考電壓,、支持多種調(diào)光器(TRIAC調(diào)光,、數(shù)字調(diào)光和模擬調(diào)光)；此外還支持軟啟動,、過流保護,、熱關(guān)閉、過壓保護等,。LV5027M/LV5028M是LV5026M的簡化版本,，外部元件數(shù)量更少。
圖4：LV5026/7/8用于非隔離A19 LED燈,。
針對要求高能效及空間受限應(yīng)用的低功率降壓方案NCL30100
NCL30100是一款高能效,、峰值電流控制自適應(yīng)固定關(guān)閉時間降壓控制器，可用于空間及高能效至關(guān)重要的低功率及空間受限的應(yīng)用,，如MR16 LED燈等,。該方案具有振蕩頻率可調(diào)節(jié)特性,，采用連續(xù)導電模式(CCM)，可以省去輸出電容,，能效更高,，并提供自然的LED開路保護。使用NCL30100可利用負電流感測,，用小型電感降低功率損耗,，實現(xiàn)低成本、高能效(100 Vac Vo=36 V,，能效>90%)及元件數(shù)量少的應(yīng)用,。
圖5：單電壓輸入降壓方案NCL30100。
低功率離線降壓方案NCP1015
NCP1015單片開關(guān)電源IC能滿足交流85－265 Vac寬電壓輸入范圍,，適合輸出功率在10 W以內(nèi)低功率離線降壓LED照明設(shè)計,。這器件提供豐富特性，如軟啟動,、頻率抖動,、短路保護、跳周期,、最大峰值電流設(shè)定及動態(tài)自供電(DSS)等,，不僅提升能效，還增強可靠性,。在C8和IC的第1腳間加一個電阻可以提高能效,，適合小電流、高電壓輸出,。
圖6：NCP1015降壓方案,。
適合降壓及降壓-升壓兩種配置的中低功率AC-DC方案NCL30000
采用NCL30000的“平均電流穩(wěn)流”拓撲結(jié)構(gòu)可以選擇兩種配置，一種是降壓配置(包含抽頭電感降壓配置),。其電感與LED串串聯(lián),，僅在輸入電壓大于輸出壓降時有電流流動；功率因數(shù)(PF)及輸入電流總諧波失真(THDi%)性能取決于輸出壓降與輸入電壓之比(VF/Vin),，比例越高,，PF越低，比例越高,，THDi越高,。
另一種是降壓-升壓配置，電感沒有與LED串串聯(lián),，輸入電流波形或失真與輸出壓降無關(guān),；固有的LED故障保護功能在MOSFET短路時提供保護；LED正向壓降可以高于或低于輸入電壓,；MOSFET開關(guān)電壓應(yīng)力為輸入電壓與輸出壓降之和(Vin+Vout),。
降壓拓撲結(jié)構(gòu)工作原理是,，僅在輸入電壓超過LED正向壓降(VF)時有電流流過；利用臨界導電模式(CrM)及恒定導通時間工作提供高功率因數(shù),；可直接感測LED電流,；低環(huán)路帶寬支持高功率因數(shù)工作；MOSFET電流等于LED峰值電流,；MOSFET電壓應(yīng)力等于峰值線路電壓,。
圖7是NCL30000高功率因數(shù)降壓方案應(yīng)用電路，需要線路可調(diào)光時,，可根據(jù)線路及負載功率調(diào)節(jié)最大導通時間,；兼容TRIAC或尾沿(晶體管)調(diào)光器；專用于一種線路電壓(120 Vac或230 Vac)時,，可切相調(diào)光來優(yōu)化EMI濾波器設(shè)計,，降低X電容值，將峰值電流減至最小,。
圖7：NCL30000高功率因數(shù)降壓方案應(yīng)用電路,。
以下介紹的是基于NCL30000的兩個AC-DC隔離電源方案實例。
1)支持熱反走的AC可調(diào)光A19 LED燈：輸入電壓為90至135 Vac,，5 W額定輸出功率(10 V @ 500 mA),，可驅(qū)動3顆串聯(lián)LED；隔離式熱反走,，溫度上升時線性減小輸出電流,；功率因數(shù)>0.96，能效>77%,；針對“能源之星”1.1版整體式LED燈要求,；兼容TRIAC及晶體管調(diào)光器。
圖8：熱反走AC可調(diào)光A19 LED燈,。
2)AC可調(diào)光PAR30 LED燈：可用于輸入電壓115 V/230 V的燈，11 W額定輸出功率(24.5 V @ 450 mA),，驅(qū)動串聯(lián)/3串并聯(lián)的8顆LED,；隔離式；功率因數(shù)>0.96,，能效>83%,，針對“能源之星”1.1版整體式LED燈要求；兼容TRIAC及晶體管調(diào)光器,。
圖9：AC可調(diào)光PAR30 LED燈,。
用于中大功率AC-DC LED照明應(yīng)用的NCL30001方案
NCL30001功率因數(shù)校正(PFC)可調(diào)光LED驅(qū)動器適用于中大功率應(yīng)用(功率可達90 W)，如建筑物裝飾光,。支持的調(diào)光有三種方式：1-10 V模擬電壓輸入(1 V = 最小值,，10 V為100%導通時的值),；兩級雙電平模擬調(diào)光；以及PWM調(diào)光(調(diào)光頻率范圍350 Hz至3 kHz,調(diào)光范圍> 10:1),。保護特性包括：輸出開路及短路保護,、過溫保護、過流保護,、過壓保護和過溫反走,。
圖10：NCL30001用于建筑物裝飾光。
用于大功率建筑物裝飾光應(yīng)用的NCL30051方案
NCL30051是一款專用LED電源集成電路(IC),，能夠為降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器/LED驅(qū)動器(如NCL30160)提供恒定電壓,。這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 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能夠用于功率達100 W的建筑物裝飾光應(yīng)用,，在修改元件條件下，最大可以支持250 W功率,。NCL30051支持的調(diào)光方式包括1-10 V模擬電壓輸入(1 V = 最小值,，10 V為100%導通時的值)、兩級雙電平模擬調(diào)光,，以及PWM調(diào)光(頻率范圍100至300 Hz,，調(diào)光范圍>10:1)。保護特性包括：輸出開路及短路保護,、過溫保護,、過流保護、過壓保護,。
圖11：NCL30051用于大功率建筑物裝飾光,。
此外，安森美半導體的GreenPoint®設(shè)計仿真工具讓設(shè)計人員僅用幾個步驟即可完成選擇產(chǎn)品,、確定設(shè)計要求,、自動產(chǎn)生設(shè)計(電路圖)、仿真及驗證,、物料單(BOM)及報告,、下載報告為PDF文件、保存文件及分享等一系列流程,，從而實現(xiàn)快速,、易用、高效的LED產(chǎn)品開發(fā),。
總結(jié)
安森美半導體利用在高能效電源及封裝方面的核心專長及優(yōu)勢,，為LED照明應(yīng)用,，特別是通用照明提供了符合各種規(guī)范要求控制和驅(qū)動器件。這些方案采用獨特的LED驅(qū)動電源架構(gòu),、模擬及調(diào)光技術(shù),、反激轉(zhuǎn)換器及非隔離拓撲結(jié)構(gòu)，配合廣泛的應(yīng)用范圍,，為實現(xiàn)各種通用照明設(shè)備提供更多的選擇,。