各國(guó)對(duì)LED燈泡的功率因數(shù)要求日趨嚴(yán)格,，讓LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)與日俱增，因此半導(dǎo)體業(yè)者藉由改良降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，開(kāi)發(fā)出可兼顧小體積,、高能效與高功率因數(shù)要求的新一代LED驅(qū)動(dòng)方案，有助開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)出功率因數(shù)達(dá)0.9以上的LED燈泡,。
隨著白熾燈泡逐步被淘汰,，節(jié)能螢光燈(CFL)和發(fā)光二極體(LED)將成為提供顯著節(jié)能效果的兩種照明選擇。盡管CFL技術(shù)成熟,，然白光LED發(fā)展快速,，每顆LED元件的輸出流明與光效已愈來(lái)愈高。LED燈泡的使用壽命是標(biāo)準(zhǔn)白熾燈泡二十五倍以上,，且光效已超越CFL燈泡的性能水平,。
大多數(shù)常見(jiàn)CFL燈泡中的電子安定器為電容型，典型功率因數(shù)(PF)為0.5~0.6,。這表示雖然住戶僅為燈泡所標(biāo)示的功率付款,，但電力公司實(shí)際上必須產(chǎn)生成比例的伏-安(Volt-amp)電量，故功率因數(shù)為0.5的13瓦CFL燈泡,，代表的是26伏-安的負(fù)載,，只略低于60瓦白熾燈泡伏-安數(shù)的 50%。
也因此,，美國(guó)能源之星(EnergyStar)規(guī)定功率大于5瓦的LED燈泡最低功率因數(shù)須為0.7,，而諸如嵌燈及聚光燈等商用LED燈具的最低功率因數(shù)須達(dá)0.9。放眼全球,，美國(guó)對(duì)LED燈泡的功率因數(shù)要求并非最為嚴(yán)格,；最嚴(yán)格的當(dāng)屬韓國(guó)，該國(guó)要求所有輸入功率超過(guò)5瓦的燈光的最低功率因數(shù)須達(dá)0.9,，此要求將為設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)人員帶來(lái)挑戰(zhàn),，他們必須綜合評(píng)估能效、可用空間及整體物料清單(BOM)成本,，以提供優(yōu)化LED照明方案,。
導(dǎo)入降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路LED燈泡PF大躍進(jìn)
白熾燈泡只為某個(gè)特定線路的電壓而設(shè)計(jì),；但設(shè)計(jì)師不須要考慮如何使一個(gè)通用設(shè)計(jì)的LED燈泡風(fēng)行全球。此外,，LED燈泡內(nèi)的電源不須要與負(fù)載電氣隔離,，因其整合在單個(gè)殼體(Housing)中；但仍須注意機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),，必須以物理方法符合安全要求,。考慮到這點(diǎn),，設(shè)計(jì)人員就不再須要倚賴隔離返馳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，做為唯一的電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)選擇。
在特定邊界條件下,，可以優(yōu)化降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)提供良好的功率因數(shù),。要提供高功率因數(shù)，輸入電流要與線路一致,，且隨著整流線路電壓增加而正比例地增長(zhǎng),。降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是輸入電壓Vin大于輸出電壓Vout后，才有電流流動(dòng),，因此LED串電壓與線路電壓相比必須較低,。在大多數(shù)情況下，這不成問(wèn)題,，因?yàn)榕c線路電壓相比,，串聯(lián)LED的數(shù)量相對(duì)較少，如八顆串聯(lián)LED的總電壓約為25伏特,，不到整流120伏特AC輸入峰值電壓的15%。
高功率因數(shù)升壓轉(zhuǎn)換器的一種控制方法是固定導(dǎo)通時(shí)間控制,，這種控制模式下,，電感、電流到達(dá)零時(shí),，將重新開(kāi)始一個(gè)開(kāi)關(guān)周期,。為了控制功率，設(shè)計(jì)人員須使用回饋來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間,，并可運(yùn)用相同的概念來(lái)實(shí)現(xiàn)降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。于固定導(dǎo)通時(shí)間情況下，流過(guò)電感/開(kāi)關(guān)的電流與線路以正比例上升,，從而提供接近完美的功率因數(shù),，其中的折衷是開(kāi)關(guān)周期頂部的峰值電流可能極大。燈泡應(yīng)用中并不要求極佳的功率因數(shù),；因此,，如果開(kāi)關(guān)周期中的某一部分峰值電流被限制,，就可以降低開(kāi)關(guān)及電感的損耗，提供更高的轉(zhuǎn)換能效并限制電感尺寸,。然而,，這方法產(chǎn)生的波形輕易地提供大于0.9的功率因數(shù)，但折衷則是失真增加,。
提升燈泡PFLED控制器扮要角
由該控制器電路圖可觀察到LED參照高壓軌,；而電源開(kāi)關(guān)則參照地面，此稱為反向降壓,。其可簡(jiǎn)化架構(gòu),，主因系可直接感測(cè)峰值LED電流，并驅(qū)動(dòng)單結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)電晶體(FET),，毋須使用位準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器,。
在控制器啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，驅(qū)動(dòng)器從電感上的輔助線圈偏置,，因而增添一個(gè)功能,，可以感測(cè)到電感、電流降至零時(shí),，提示新的開(kāi)關(guān)周期應(yīng)當(dāng)展開(kāi),。精密的485毫伏特 (mV)電壓(典型精度±2%)用于對(duì)流過(guò)開(kāi)關(guān)的峰值電流進(jìn)行穩(wěn)流。當(dāng)Vin超過(guò)LEDVf后,，固定導(dǎo)通時(shí)間控制用于調(diào)節(jié)LED上的功率,，直至達(dá)到感測(cè)電阻Rsense可以檢測(cè)到的峰值電流極限。為使AC線路電壓于額定電壓變化下控制所提供的功率,，故使用線路前饋補(bǔ)償來(lái)調(diào)制導(dǎo)通時(shí)間,。
在此制作一個(gè)18瓦LED驅(qū)動(dòng)電路示例，它適合被結(jié)合在替代75瓦A型燈泡的LED燈泡中,，以750毫安培電流驅(qū)動(dòng)一串共八顆LED,，輸出紋波低于±30%。
如上所述,，采用優(yōu)化架構(gòu)可以解決兼顧小體積,、高能效且符合一體式LED燈泡最嚴(yán)格功率因數(shù)要求的設(shè)計(jì)難題。設(shè)計(jì)人員透過(guò)改變金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體 (MOSFET)及減小電感尺寸,，可以調(diào)校LED燈泡基本設(shè)計(jì),，用于更低功率的應(yīng)用。此點(diǎn)至關(guān)重要的原因在于,，LED制造商增加每顆LED的流明輸出,，使 LED光效持續(xù)提升，進(jìn)而要求能以更少的LED提供相同流明輸出,，藉此降低功耗,，并減少一體式燈泡的成本,，增加市場(chǎng)接受度。