【導(dǎo)讀】典型的LED燈泡包含LED陣列、驅(qū)動電路、散光罩、散熱片和螺旋燈頭等主要組件。驅(qū)動電路和高能效LED驅(qū)動器IC無疑是其中的重點。常見的驅(qū)動LED串的隔離型反激拓撲結(jié)構(gòu)總是優(yōu)勢與缺點并存，如何克服經(jīng)典方案的缺點提高能效？安森美針對交流供電LED照明應(yīng)用開發(fā)了專有的初級端恒流控制技術(shù)，并通過示例講述如何幫助驅(qū)動器設(shè)計減少元件數(shù)量、節(jié)省電路板空間、提升能效。
近年來，世界上多個國家制定政策以分階段淘汰白熾燈泡。如中國計劃于2015年60W 以上普通照明用白熾燈泡全部淘汰。熒光燈及緊湊型熒光燈(CFL)的能效比白熾燈高，但含劇毒物質(zhì)汞，存在環(huán)保顧慮。相比較而言，具備環(huán)保優(yōu)勢、近年來成本穩(wěn)步下降的高亮度白光LED技術(shù)已經(jīng)快速改進，如今在光輸出方面已可與CFL等正面交鋒，并且還大幅提升能效及延長使用壽命，適合于白熾燈泡替代等LED通用照明應(yīng)用。
LED燈泡的驅(qū)動挑戰(zhàn)及常見驅(qū)動方法
大多數(shù)LED是低壓器件，最適合采用恒定電流驅(qū)動。要在通用照明應(yīng)用中最大限度發(fā)揮LED節(jié)能優(yōu)勢，就要采用適合的LED驅(qū)動電路。
以LED燈泡為例，典型的LED燈泡包含LED陣列、驅(qū)動電路、散光罩、散熱片和螺旋燈頭等主要組件。就驅(qū)動電路而言，高能效LED驅(qū)動器IC無疑是其中的重點。因為LED燈泡的形狀固定，散熱受限，采用高能效LED驅(qū)動器則可幫助將更多電能轉(zhuǎn)化為光能，幫助散熱。此外，由于LED燈泡空間有限，故須減小驅(qū)動電子電路的尺寸以使剩余空間增多，同時增大散熱片面積；較大功率的燈泡尤為如此。不僅如此，LED正在發(fā)生迅速變化，提供多種選擇，這對LED驅(qū)動器的選擇也構(gòu)成了挑戰(zhàn)。出于安規(guī)、LED選擇等因素，設(shè)計人員還須考慮是采用隔離還是非隔離拓撲結(jié)構(gòu)，由此也影響到LED驅(qū)動器的選擇。
一種常見的LED驅(qū)動器拓撲結(jié)構(gòu)是隔離型反激(見圖2)。這種拓撲結(jié)構(gòu)除了提供電氣安全隔離以外，還能對LED串要求的電流進行穩(wěn)流。安全低壓次級端的電路感測LED電流及電壓，并在安全界限內(nèi)提供反饋信號，以控制電源轉(zhuǎn)換過程。次級端元件包括偏置電路、雙運算放大器、精密參考、用于反饋的光耦，以及用于監(jiān)測LED電流及感測過壓保護故障的電流及電壓感測電阻等。
圖2：常見的驅(qū)動LED串的隔離型反激拓撲結(jié)構(gòu)
這種經(jīng)典方案的優(yōu)勢與缺點并存。例如，它可以輕易地實現(xiàn)高精度的穩(wěn)流，且能夠在寬工作范圍及制造差異條件下可靠地工作。但這種方案的次級端控制電路消耗電能，由于此電能未轉(zhuǎn)化為光，故降低了能效。此外，次級端的元器件在印制電路板上占用空間并增加成本。最后，如果次級端任何元件有故障，仍須把驅(qū)動器設(shè)計成就算有故障也保安全。
克服經(jīng)典方案缺點的新穎的初級端穩(wěn)流技術(shù)
有利的是，設(shè)計人員可以選擇一種新的控制架構(gòu)，將所要求的LED穩(wěn)流功能從次級端移到初級端，即采用初級端穩(wěn)流(PSR)技術(shù)(亦稱“初級端控制”)，見圖3。初級端穩(wěn)流方案無須光耦，以及次級端恒流恒壓(CCCV)控制環(huán)路元件，如運算放大器、TL431或齊納參考、偏置穩(wěn)壓器、電流感測電阻及用于過壓保護的電壓感測等，同時在初級端維持高穩(wěn)流精度。這就提供減少元件數(shù)量、簡化PCB布線、節(jié)省電路板空間、簡化LED選擇、提升能效及輕易符合安規(guī)等諸多優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，設(shè)計人員通過消除次級端控制，能夠省去占用寶貴電路板空間的16至18顆甚或更多元件，這對A19 LED燈泡等應(yīng)用尤為重要。
圖3：新穎的初級端穩(wěn)流技術(shù)省去次級端控制，提供多種應(yīng)用優(yōu)勢。
安森美半導(dǎo)體應(yīng)用初級端穩(wěn)流技術(shù)的NCL3008x系列LED驅(qū)動器功能及優(yōu)勢
安森美半導(dǎo)體的NCL3008x系列準諧振初級端電流模式控制器使用初級端穩(wěn)流技術(shù)，為反激及非隔離降壓-升壓拓撲結(jié)構(gòu)提供高精度的恒定電流，非常適合于LED照明應(yīng)用。NCL3008x系列目前包括NCL30080、NCL30081、NCL30082和NCL30083。這些器件提供TSOP-6及Micro-8封裝，還可根據(jù)客戶需求提供SOIC-8封裝。NCL3008x系列提供0.8至0.9甚至更高的功率因數(shù)，符合美國“能源之星”對輸入功率大于5 W之燈泡功率因數(shù)高于0.7的要求。這些器件的引腳數(shù)量及功能不盡相同，分別針對不同的細分應(yīng)用，詳見表1。
安森美NCL3008x系列的關(guān)鍵優(yōu)勢包括：
1) 一流的初級端穩(wěn)流精度。由于初級端穩(wěn)流精度高，能夠補償線路輸入電壓變化，不受常規(guī)變壓器制造差異影響，可簡化LED的選擇(無須使用過高規(guī)格/過高成本的元件來滿足流明輸出要求)，能支持2:1輸出正向電壓變化(無須對LED進行編碼，可將一個驅(qū)動器設(shè)計用于多種產(chǎn)品，且在LED性能提升后還能使用相同的驅(qū)動器)；
2) 采用準諧振模式工作以提供高能效，僅產(chǎn)生少量電磁干擾(EMI)；
3) 提供強固的保護特性，如過壓保護/LED開路保護、次級端二極管短路保護、過熱關(guān)閉、輸入欠壓保護、軟啟動、短路保護、短路電流感測、提供閂鎖及自動恢復(fù)版本等。
4) 靈活的產(chǎn)品系列。提供不同功能組合，配合用戶不同應(yīng)用需求。
下頁內(nèi)容：基于NCL3008x系列的A型燈LED驅(qū)動器參考設(shè)計示例
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表1：安森美半導(dǎo)體NCL3008x系列產(chǎn)品概覽
這些器件中，NCL30080是簡單及低BOM成本版本，NCL30081則增加了5步準對數(shù)調(diào)光功能。NCL30082具備熱反走/過壓保護及模擬/數(shù)字調(diào)光功能，還增加了5步準對數(shù)調(diào)光及軟啟動功能。
圖4：NCL30081和NCL30083增加了5步準對數(shù)調(diào)光功能。
基于NCL3008x系列的A型燈LED驅(qū)動器參考設(shè)計示例
安森美半導(dǎo)體開發(fā)了基于NCL3008x系列的多種LED A型燈參考設(shè)計。測試顯示，這些設(shè)計提供高穩(wěn)流精度、高功率因數(shù)及高能效。
1) 基于NCL30082B1的初級端反饋、高功率因數(shù)、TRIAC可調(diào)光A型燈LED驅(qū)動器設(shè)計
2) 基于NCL30080的初級端反饋、反激拓撲結(jié)構(gòu)A型燈LED驅(qū)動器設(shè)計
3) 基于NCL30082/3的初級端反饋、分步調(diào)光、反激A型燈LED驅(qū)動器設(shè)計
安森美半導(dǎo)體的NCL3008x系列準諧振初級端電流模式控制器使用初級端穩(wěn)流技術(shù)，是安森美半導(dǎo)體針對交流供電LED照明應(yīng)用開發(fā)的專有初級端恒流控制技術(shù)，并已經(jīng)應(yīng)用在NCL3008x系列目前已有的4款高能效諧振模式初級端控制器上。這系列產(chǎn)品提供多種應(yīng)用優(yōu)勢，能夠幫助設(shè)計減少元件數(shù)量、節(jié)省電路板空間、提升能效、簡化LED選擇及提供高能效，且提供優(yōu)化的功能組合，以應(yīng)對客戶不同應(yīng)用需求。
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