中心議題：

• 探索隔離式LED驅(qū)動(dòng)電源方案的新方案

解決方案：

• 采用基于變壓器的隔離型LED驅(qū)動(dòng)電源
• 學(xué)習(xí)隔離型單級(jí)PSR反激拓?fù)銯L7730和FL7732
• 認(rèn)識(shí)幾個(gè)隔離式LED驅(qū)動(dòng)電源方案

【class1】：LED照明設(shè)計(jì)基礎(chǔ)全攻略
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【class2】：名家講解最新LED調(diào)光技術(shù)方案
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【class3】:無電解電容驅(qū)動(dòng)方案技術(shù)大揭秘
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led照明作為一種革命性的節(jié)能照明技術(shù)，正在飛速發(fā)展。然而，LED驅(qū)動(dòng)電源的要求也在不斷提高：高效率、高功率因數(shù)、安全隔離、符合EMI標(biāo)準(zhǔn)、高電流控制精度、高可靠性、體積小、成本低等正成為LED驅(qū)動(dòng)電源的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。本文將為大家介紹隔離式LED驅(qū)動(dòng)電源的最新方案。

LED驅(qū)動(dòng)電源的在安全性設(shè)計(jì)上的具體要求

LED是低壓發(fā)光器件，具有長壽命、高光效、安全環(huán)保、方便使用等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于市電交流輸入電源驅(qū)動(dòng)，隔離輸出是基于安全規(guī)范的要求。LED驅(qū)動(dòng)電源的效率越高，則越能發(fā)揮LED高光效，節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)高開關(guān)工作頻率，高效率使得整個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電源容易安裝在設(shè)計(jì)緊湊的LED燈具中。高恒流精度保證了大批量使用LED照明時(shí)的亮度和光色一致性。

目前在一般的led照明市場上，存在非隔離設(shè)計(jì)和隔離型驅(qū)動(dòng)電源之分。帶隔離變壓器或者電氣隔離的LED驅(qū)動(dòng)電源意味著LED可以直接用手接觸而不會(huì)觸電。而無隔離變壓器的LED驅(qū)動(dòng)電源雖仍可以借助防護(hù)外殼實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械絕緣，但此時(shí)的LED在工作時(shí)并不能直接接觸。

相關(guān)閱讀：設(shè)計(jì)非隔離型反激LED驅(qū)動(dòng)器
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非隔離設(shè)計(jì)僅限于雙絕緣產(chǎn)品，例如燈泡的替代產(chǎn)品，其中LED和整個(gè)產(chǎn)品都集成并密封在非導(dǎo)電塑料中，因此，最終用戶并沒有任何觸電的危險(xiǎn)。二級(jí)產(chǎn)品都是 隔離型的，價(jià)格相對(duì)比較昂貴，但在用戶可以接觸到LED和輸出接線的地方（通常在LED照明和路燈照明應(yīng)用的情況下），這種產(chǎn)品必不可少。　　
物理設(shè)計(jì)決定著驅(qū)動(dòng)器是隔離式還是非隔離式。安全規(guī)則通常要求使用兩個(gè)獨(dú)立的隔離層。設(shè)計(jì)師可以選擇兩種物理隔離層，即塑料散光罩和玻璃護(hù)罩，并使用非隔 離式電源。如果物理隔離成本太高、存在機(jī)械困難或者吸收太多光，就必須在電源中解決電氣隔離問題。隔離式電源通常要比同等功率水平的非隔離式電源大一些。 照明燈設(shè)計(jì)師必須在他們所設(shè)計(jì)的每款產(chǎn)品中進(jìn)行大量的成本及設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。

由于適用于不同的應(yīng)用，是采用隔離的絕緣變壓器還是采用隔離的防護(hù)燈罩外殼，設(shè)計(jì)者在不同的角度考慮永遠(yuǎn)會(huì)有不同的見解。通常，他們會(huì)從多方面去分析，例如成本與制造工藝、效率和體積、絕緣可靠性和安全規(guī)范的要求等等。

帶變壓器的驅(qū)動(dòng)成本較高，但也相應(yīng)讓LED燈具變得更加實(shí)用，能夠滿足終端用戶偶然接觸LED的需要。當(dāng)白熾燈玻璃外殼很容易被損壞時(shí)，一個(gè)E27型號(hào)的普通燈泡可被替換成為LED燈。此外，在工業(yè)區(qū)或者是辦公設(shè)備應(yīng)用中的燈具并不需要接觸到終端用戶，如路燈和商場照明，這時(shí)的LED燈也確實(shí)需要隔離變壓器。

作為一個(gè)讓最終用戶能安全使用的產(chǎn)品，一定會(huì)考慮絕緣與隔離的可靠性。作為完整的產(chǎn)品，產(chǎn)品表面使用者能接觸到的部分一定要經(jīng)過隔離，不能讓人觸電。而從 產(chǎn)品整個(gè)系統(tǒng)而言，隔離是不可避免的，區(qū)別只是設(shè)置隔離的位置不同。有些設(shè)計(jì)者采用隔離的變壓器設(shè)計(jì)，因此他們可以簡化散熱和燈罩的設(shè)計(jì)。如果用非隔離的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，在燈殼等結(jié)構(gòu)上就必須考慮可靠的絕緣要求。因此作為電源驅(qū)動(dòng)，隔離與非隔離的方案一直都同時(shí)存在。

基于變壓器的隔離型LED驅(qū)動(dòng)電源將是主流

目前有好幾個(gè)趨勢(shì)正在推動(dòng)LED照明市場的發(fā)展。首先是高亮度LED效率的不斷改善和非常高效率的高可靠性恒流LED驅(qū)動(dòng)電源的不斷涌現(xiàn)，其次是全球立法禁止白熾燈照明（由于其低效率）和CFL節(jié)能燈的逐步淡出（如果打破的話，它會(huì)流出對(duì)環(huán)境有害的水銀）。這些因素綜合起來正使得LED照明成為一個(gè)長期的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)然，低系統(tǒng)成本（包括LED、熱管理系統(tǒng)和LED驅(qū)動(dòng)器）永遠(yuǎn)是消費(fèi)者廣泛采用LED通用照明的推動(dòng)力。

隔離和非隔離LED驅(qū)動(dòng)電源方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。ClassII將是主流，因?yàn)樗喕薒ED散熱問題。ClassI或II系統(tǒng)依賴接地系統(tǒng)，在大多數(shù)情況下，跟安裝地點(diǎn)很有關(guān)系。ClassII較常見，它要求雙級(jí)或加強(qiáng)型隔離，也即需要變壓器磁性繞組、絕緣帶和物理隔絕。ClassI系統(tǒng)要求一個(gè)接地外殼和（或）機(jī)械障礙，而這時(shí)ClassII系統(tǒng)不需要的?！?br /> 基于變壓器的隔離型的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，據(jù)飛兆半導(dǎo)體技術(shù)行銷部經(jīng)理錢家法介紹道，他們也推出的兩款隔離型驅(qū)動(dòng)器： FL7730和FL7732是用于單級(jí)反激拓?fù)鋺?yīng)用的有源PFC控制器，無次級(jí)反饋，降低材料清單成本，他們的效率能達(dá)到85%以上。驅(qū)動(dòng)集成的保護(hù)功能提高了周期系統(tǒng)的可靠性，具備開路/短路保護(hù)、過熱關(guān)機(jī)、逐周期限流保護(hù)等功能，而且擁有了更長的系統(tǒng)平均壽命，省去輸入電解電容并減少外部元件數(shù)目。


據(jù)華潤矽威科技(上海)有限公司的銷售經(jīng)理賈存玉的介紹，基于變壓器的隔離型驅(qū)動(dòng)器，華潤矽威也推出了單片電流精度為±1%第二代原邊反饋離線式3-7W LED驅(qū)動(dòng)方案PT4213和PT4215。PT4213/15的電流的精度可達(dá)±3%。同時(shí)，為了提高效率，PT4213/15刪去了控制主MOSFET源極的內(nèi)部低壓MOSFET,改為主MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)。芯片的供電也從主MOSFET的源極改為從主變壓器的輔助繞組。 PT4213是原邊反饋恒流控制器，適用于7W以下的LED球泡燈或PAR燈；PT4215是內(nèi)置MOSFET原邊反饋恒流的穩(wěn)流器，適用于3W的LED 燈杯。
下圖是采用PT4215的3W LED燈杯的典型應(yīng)用電路。驅(qū)動(dòng)電路采用反激架構(gòu)，工作在DCM模式。采用無光藕設(shè)計(jì)，方案簡潔可靠，成本低廉。驅(qū)動(dòng)電路能夠接受85VAC~265VAC輸入范圍，輸出電流300mA，驅(qū)動(dòng)3顆1W LED串聯(lián)的燈串。

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介紹幾個(gè)隔離式LED驅(qū)動(dòng)電源方案

1.   10W以下功率LED燈應(yīng)用方案

目前10W以下功率LED應(yīng)用廣泛，眾多一體式產(chǎn)品面世，即LED驅(qū)動(dòng)電源與LED燈整合在一個(gè)燈具中，方便了用戶直接使用。典型的燈具規(guī)格有GU10、E27、PAR30等。

針對(duì)這一應(yīng)用，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下方案（見圖1）

該方案特點(diǎn)如下：
1. 基于最新的LED專用驅(qū)動(dòng)芯片AP3766，采用原邊控制方式，無須光耦和副邊電流控制電路，實(shí)現(xiàn)隔離恒流輸出，電路結(jié)構(gòu)簡單。通過電阻R5檢測原邊電 流，控制原邊電流峰值恒定，同時(shí)控制開關(guān)占空比，保持輸出二極管D1的導(dǎo)通時(shí)間和整個(gè)開關(guān)周期時(shí)間比例恒定，實(shí)現(xiàn)了輸出電流的恒定。
2. AP3766采用專有的“亞微安啟動(dòng)電流”技術(shù)，僅需0.6μA的啟動(dòng)電流，因此降低了啟動(dòng)電阻R1和R2上的功耗，提高了系統(tǒng)效率。典型5W應(yīng)用效率大于80%，空載功耗小于30mW。
3. AP3766采用恒流收緊技術(shù)實(shí)現(xiàn)垂直的恒流特性，恒流精度高。
4. 電路元件數(shù)量少，AP3766采用SOT-23-5封裝，體積小，整個(gè)電路可以安裝在常用規(guī)格燈杯中。
5. 安全可靠，隔離輸出，具有輸出開路保護(hù)、過壓保護(hù)及短路保護(hù)功能。
6. 功率開關(guān)管采用三極管，省去了高壓場效應(yīng)管，系統(tǒng)成本低。
圖2為該方案的5W應(yīng)用電路樣機(jī)實(shí)物照片。圖3是基于AP3766的5W LED驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)物照片。圖4為基于AP3766的5W LED驅(qū)動(dòng)電路滿載效率隨交流輸入電壓變化曲線。圖5為基于AP3766的5W LED驅(qū)動(dòng)電路滿載輸出IV特性曲線。

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2.   10～60W功率LED路燈、LED直管燈應(yīng)用方案

IEC國際電工委員會(huì)對(duì)照明燈具提出明確的諧波要求，即IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。因此對(duì)于較大功率LED照明應(yīng)用，采用功率因數(shù)校正（PFC）控制技術(shù)成為必需。對(duì)于60W以下應(yīng)用，有高性價(jià)比單級(jí)PFC控制方案，該方案電路原理圖如圖6所示。
該方案特點(diǎn)有：
1 單級(jí)PFC方案，只用一級(jí)反激式電路拓?fù)?，同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和隔離恒流輸出。元件數(shù)量少、體積小、性價(jià)比高。
2 高功率因數(shù)，采用有源功率因數(shù)校正控制芯片AP1661，功率因數(shù)PF>0.9，滿足IEC61000-3-2諧波標(biāo)準(zhǔn)。
3 采用副邊恒壓恒流控制芯片AP4313，恒流精度高，輸出電流誤差<3%。
4 高效率，滿載效率高達(dá)90%。
5 安全可靠，隔離輸出，具有輸出開路保護(hù)，過壓保護(hù)及短路保護(hù)功能。

AP1661是一款工作于臨界導(dǎo)通模式下的有源功率因數(shù)校正控制芯片，可廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、LED驅(qū)動(dòng)和電子鎮(zhèn)流器的預(yù)調(diào)整變換器控制。該芯 片內(nèi)部包括1個(gè)啟動(dòng)定時(shí)器可滿足待機(jī)應(yīng)用要求，1個(gè)能實(shí)現(xiàn)接近于1的功率因數(shù)的單象限乘法器和1個(gè)零電流檢測模塊確保臨界斷續(xù)方式工作。AP1661的圖 騰柱驅(qū)動(dòng)輸出能夠?yàn)橥獠縈OSFET或IGBT提供最大600mA驅(qū)動(dòng)電流和800mA關(guān)斷電流能力。采用了先進(jìn)的雙極型互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造 工藝，具有低啟動(dòng)電流，低工作電流和低功耗的特點(diǎn)。AP1661同時(shí)具有完善的保護(hù)功能，包括過壓保護(hù)、帶有滯后的輸入欠壓鎖定和乘法器輸出嵌位以限制開 關(guān)最大峰值電流。圖7為該方案60W應(yīng)用電路樣機(jī)實(shí)物照片。圖8為應(yīng)用該方案LED直管燈實(shí)物照片。

3.   60～150W大功率LED路燈應(yīng)用方案

在戶外照明部分，中國每年路燈市場需求量都在2000萬盞以上，中國城市改造、城鎮(zhèn)建設(shè)、住宅建設(shè)及道路建設(shè)對(duì)于大功率、高亮度、節(jié)能的LED路燈產(chǎn)品的市場需求是極其龐大的。

在更大功率應(yīng)用條件下，單級(jí)PFC電路難以同時(shí)兼顧PFC預(yù)調(diào)整和反激電路輸出恒流調(diào)整性能，這時(shí)需要采用兩級(jí)電路架構(gòu)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。因此，有新推出的PFC+PWM 兩級(jí)架構(gòu)電路拓?fù)浞桨?，該方案電路原理圖如圖9所示。 該電路采用Boost PFC+Flyback兩級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制芯片采用PFC控制芯片AP1661，PWM控制芯片AP3102和副邊恒流控制芯片AP4310。該電路方案 優(yōu)點(diǎn)是輸入/輸出電容小，輸出紋波小，隔離輸出，功率因數(shù)高，電流精度控制在2%以內(nèi)，可靠性高。圖10為該方案的90W應(yīng)用電路樣機(jī)實(shí)物照片。圖11為 應(yīng)用該方案大功率LED路燈燈具照片。