安森美半導體通用照明AC-DC LED驅動器方案

LED通用照明應用通常包括大功率、中等功率和低功率三類,分別採用不同的LED驅動方案為相應功率的應用提供電源。安森美半導體提供各種針對通用照明的AC-DC LED驅動器方案,既有用於低功率的AC-DC LED驅動器,也有適合大功率的AC-DC LED驅動器,可滿足更高能效、控制架構簡單的要求。

常見的LED照明AC-DC驅動方案

大功率應用為40至300 W,主要是戶外及基礎設施應用,包括區域照明(街燈、停車場燈、熒光燈替代、公園及休閑場所燈等)、隧道燈、高頂燈、建築物;中等功率應用為8至60 W的商業及建築物應用,如戶外建築、冷櫃/冰箱燈、洗牆燈、嵌燈、聚光燈(PAR20/30/38)類、裝飾性燈具、吊扇燈;低功率為1至12 W的住宅及商業應用,包括櫥櫃內照明、檯燈、一體式燈泡(A型燈)、電器、重點照明。

圖1:安森美半導體AC-DC LED驅動器方案概覽

按照輸出功率劃分,在1-10 W,安森美半導體提供內置FET的NCP1010~5(隔離型,能效近80%);在1-15 W,有內置FET的NCP1027/8(隔離型,能效近80%);1-30 W,有使用外部FET的LV5026/27/28(非隔離型,能效在85%以上);1-50 W,可以選用使用外部FET的NCL30000(隔離型,能效85%以上);40 W至150 W可採用使用外部FET的CCM降壓/升壓NCL30001(隔離型,能效在85%以上);功率高達300 W的應用可以使用CrM PFC + 諧振半橋的NCL30051,能效可達90%以上。豐富的驅動方案為LED照明設計師提供了多種選擇。

1) 低功率AC-DC LED驅動器

在一些低功率AC-DC非隔離LED照明應用中,既要求高功率因數,又要求支持調光,如模擬、數字(PWM)或三端雙向可控硅開關器件(TRIAC)調光等。這些應用既可以採用安森美半導體的NCL30000功率因數校正TRIAC可調光LED驅動器,也可以採用LV5026/29系列高功率因數可調光LED驅動器。
  
LV5026是一款可調光高功率因數方案,兼容TRIAC調光,如圖2所示。


  
圖2:LV5026兼容TRIAC調光方案

圖3是採用LV5026的非隔離可調光高功率因數LED驅動器方案。該電路可驅動大功率場效應管電路、採用步進控制方式、具有頻率振蕩功能;其基準電壓可從外部調整,兼容數字調光和模擬調光;此外還內置軟啟動、過電流保護電路、過熱保護電路和過電壓保護電路。

圖3:LV5026非隔離可調光高功率因數LED驅動器方案

安森美半導體LV502x系列器件的PWM控制架構可以降低EMI。2級驅動方式可以削減電流雜訊,實現優於競爭器件的低EMI效果。另外,採用非隔離拓撲結構的LED驅動器具有電路中磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數量更少以及總物料單(BOM)成本更低的綜合優勢,還可以用機械設計來滿足安規要求。
  
如果客戶需要同時支持TRIAC調光、PWM調光及模擬調光,則應選擇LV5026M。為了改善功率,在使用LV5026M的LED照明驅動電路時,改變一下電路構成就可以提高功率因數。有兩種方法可以做到這一點。一種是減小AC電壓平滑用電容器,擴大AC電流的導通角;另一種是控制功率場效應管中流過的電流與輸入AC電壓的比例。提高功率因數的電路配線如圖3所示。不同點是,以前REF端子是施加一定的電壓,現在是輸入電壓Vin(AC)平滑后的電壓經電阻分壓后施加在REF端子上。
  
採用LV5026M的3 W非隔離降壓電路設計如圖4所示。若只需要支持PWM及模擬調光,則可選擇LV5029MC。


  
圖4:改善功率因數校正的工作原理

2) 大功率AC-DC LED驅動器

在大功率方面,兩段式NCL30051功率因數校正(PFC)與半橋諧振LLC集成方案是很好的選擇。安森美半導體新的NCL30051離線式LED驅動器與新的NCL30160可調光恆流降壓LED驅動器搭配,可為空間受限且需要高能效的高亮度LED驅動器應用提供極佳方案。
  
NCL30051是一款專用LED驅動集成電路(IC),能夠為降壓直流-直流(DC-DC)轉換器/LED驅動器(如NCL30160)提供恆定電壓。該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,並內置600伏(V)驅動器,針對離線電源應用進行了優化,具備了所有實現高能效、小外形因數設計所需的特性。NCL30051的半橋段採用固定頻率工作。該器件通過調節PFC段的輸出電壓來穩壓,且集成了反饋環路開路保護,再加PFC過壓和欠壓檢測機制,以及可以最高設定為75千赫茲(kHz)的可調節頻率振蕩器。
  
NCL30160則是一款用於大功率LED的開關穩壓器,採用基於NCL30051的驅動所提供的恆定電壓去降低電壓,從而為LED串提供恆定電流。通過利用僅55毫歐(mΩ)的低導通阻抗內部MOSFET及以100%占空比工作的能力,能夠提供能效高達98%的方案。
  
該恆流器件以6.3 V至40 V的輸入電壓範圍工作,最高1.4兆赫茲(MHz)的高開關頻率使設計人員可採用更小的外部元件,幫助將電路板尺寸減至最小及成本降至最低。NCL30160包含遲滯控制特性,在負載瞬變期間提供快速的響應,省下小型信號控制環路補償元件。其保護特性包括可用電阻設定LED電流、LED短路保護、欠壓鎖定及熱關閉。
  
NCL30051與NCP30160 IC搭配工作可以最少的外部元件簡化電源電路設計。這種架構使晶元組能夠集成在更緊湊及更高性價比的LED照明電源中,用於戶外照明(如街燈、停車場燈)及汽車照明等通用照明應用。圖4是NCL30051簡化應用電路圖。


  
圖5:NCL30051簡化應用電路圖

為了讓設計師迅速獲得電路圖及可供訂購的物料單(BOM),簡化SIMetrix/SIMPLIS模擬及加速設計,安森美半導體還提供電子設計輔助工具——GreenPoint?設計模擬工具;另外還提供NCL30051LEDGEVB評估板,其最大輸出功率限製為100 W,但在改變元件條件下最大可輸出250 W功率。它可以幫助客戶評估功率因數、能效、保護特性、調光功能等特性。

總結

LV5026M支持隔離/非隔離拓撲結構,提供更高能效,在主電源輸入電壓及LED負載範圍內提供緊密的LED穩壓,能夠提供高功率因數及低總諧波失真(THD),可用於切相(TRIAC)調光器的低功率應用。NCL30051是極佳的高能效方案,控制架構簡單,基於新穎的諧振模式控制方法,採用經證明的CrM固定導通時間PFC控制方法,集成了固定頻率半橋、高壓門驅動器,極適合用於固定電壓LED電源及恆流LED驅動器,能用於30 W至200 W以上功率應用。

(供稿:安森美半導體)

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