LED通用照明設(shè)計(jì)工程師會(huì)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(jì)挑戰(zhàn)和電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)類似，具體講,，LED通用照明有以下幾個(gè)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(shí),，對(duì)驅(qū)動(dòng)功率密度的要求很高；總體電源可靠性對(duì)提高整個(gè)燈的壽命非常重要,；寬輸入電源電壓范圍應(yīng)該支持高達(dá)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(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)及安全規(guī)范,，如美國(guó)“能源之星”和歐盟的國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）要求。
安森美半導(dǎo)體一直致力于為L(zhǎng)ED照明提供豐富的解決方案,，推出各種符合最新LED照明標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,，包括AC-DC電源IC，DC-DC驅(qū)動(dòng)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(hù),，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(duì)上述挑戰(zhàn),，設(shè)計(jì)出滿足通用照明要求的產(chǎn)品,。
安森美半導(dǎo)體LED照明方案
圖1顯示了安森美半導(dǎo)體所提供的完備LED照明方案。
圖1：安森美半導(dǎo)體LED照明方案應(yīng)用示意圖
在安森美半導(dǎo)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(jí)PWM調(diào)光、模擬調(diào)光或雙亮度等級(jí)調(diào)光,，能效高達(dá)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(jìn)行初級(jí)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(gè)連續(xù)導(dǎo)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(duì)比,。以下將具體介紹這些方案的功能和特點(diǎn),。
圖2：LED照明的AC-DC電源方案輸出功率與效率的對(duì)比。
針對(duì)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(dǎo)體成員公司三洋半導(dǎo)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的特性,。它采用2階躍驅(qū)動(dòng),，可顯著減少噪聲；非恒定周期的5個(gè)級(jí)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(jī)械式絕緣,；其設(shè)計(jì)及電路配置簡(jiǎn)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(xué)設(shè)計(jì)較復(fù)雜,，適合較高功率的設(shè)計(jì)，需要較大的電路板尺寸,。
LV5026/7/8用于非隔離A19 LED燈,，可實(shí)現(xiàn)以下產(chǎn)品特性：采用階躍門驅(qū)動(dòng)方法，具有振蕩頻率回轉(zhuǎn)功能,、高門能力驅(qū)動(dòng)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(dòng)、過(guò)流保護(hù),、熱關(guān)閉,、過(guò)壓保護(hù)等。LV5027M/LV5028M是LV5026M的簡(jiǎn)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(duì)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(shí)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(dǎo)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(hù),。使用NCL30100可利用負(fù)電流感測(cè)，用小型電感降低功率損耗,，實(shí)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：?jiǎn)坞妷狠斎虢祲悍桨窷CL30100,。
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(jì),。這器件提供豐富特性,，如軟啟動(dòng)、頻率抖動(dòng),、短路保護(hù),、跳周期、最大峰值電流設(shè)定及動(dòng)態(tài)自供電（DSS）等,，不僅提升能效,，還增強(qiáng)可靠性。在C8和IC的第1腳間加一個(gè)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?fù)浣Y(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(shí)有電流流動(dòng),；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(wú)關(guān)；固有的LED故障保護(hù)功能在MOSFET短路時(shí)提供保護(hù),；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?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作原理是,，僅在輸入電壓超過(guò)LED正向壓降（VF）時(shí)有電流流過(guò),；利用臨界導(dǎo)電模式（CrM）及恒定導(dǎo)通時(shí)間工作提供高功率因數(shù)；可直接感測(cè)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(shí)，可根據(jù)線路及負(fù)載功率調(diào)節(jié)最大導(dǎo)通時(shí)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(shí)，可切相調(diào)光來(lái)優(yōu)化EMI濾波器設(shè)計(jì),，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(gè)AC-DC隔離電源方案實(shí)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(dòng)3顆串聯(lián)LED,；隔離式熱反走，溫度上升時(shí)線性減小輸出電流,；功率因數(shù)》0.96,，能效》77%；針對(duì)“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(dòng)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(duì)“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(dòng)器適用于中大功率應(yīng)用（功率可達(dá)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(dǎo)通時(shí)的值）,；兩級(jí)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(hù)特性包括：輸出開路及短路保護(hù),、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù),、過(guò)壓保護(hù)和過(guò)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?yàn)榻祲篋C-DC轉(zhuǎn)換器/LED驅(qū)動(dòng)器（如NCL30160）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600 V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,。NCL30051能夠用于功率達(dá)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(dǎo)通時(shí)的值）、兩級(jí)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(hù)特性包括：輸出開路及短路保護(hù),、過(guò)溫保護(hù),、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù),。
圖11：NCL30051用于大功率建筑物裝飾光,。
此外，安森美半導(dǎo)體的GreenPoint®設(shè)計(jì)仿真工具讓設(shè)計(jì)人員僅用幾個(gè)步驟即可完成選擇產(chǎn)品,、確定設(shè)計(jì)要求,、自動(dòng)產(chǎn)生設(shè)計(jì)（電路圖）、仿真及驗(yàn)證、物料單（BOM）及報(bào)告,、下載報(bào)告為PDF文件,、保存文件及分享等一系列流程，從而實(shí)現(xiàn)快速,、易用,、高效的LED產(chǎn)品開發(fā)。
總結(jié)
安森美半導(dǎo)體利用在高能效電源及封裝方面的核心專長(zhǎng)及優(yōu)勢(shì),，為L(zhǎng)ED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(dòng)器件。這些方案采用獨(dú)特的LED驅(qū)動(dòng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，配合廣泛的應(yīng)用范圍,，為實(shí)現(xiàn)各種通用照明設(shè)備提供更多的選擇,。