AC-DC電源轉換拓撲結構比較

對于低功率AC-DCLED電源轉換而言，可以選擇隔離型反激或非隔離降壓等不同拓撲結構。所謂“隔離”,是指輸入與輸出之間采用變壓器等進行電氣隔離。這兩種拓撲結構各有其特點。相比較而言，非隔離拓撲結構設計及電路板配置簡單、電路板尺寸小、元件數量少、能效更高，而隔離拓撲結構易于滿足安規(guī)要求，但磁學設計復雜，要求較大的電路板尺寸。本文將聚集于隔離型拓撲結構的AC-DCLED驅動器方案。

LED驅動器應用要求

對于LED通用照明應用而言，目前成本還相對較高，故高性比的LED驅動器無疑會更受青睞。此外，LED驅動器也應該具有高能效(低損耗)、高可靠性、符合電磁干擾(EMI)及諧波含量或功率因數(PF)等標準、靈活、適應寬環(huán)境條件、可改造用于已有應用、支持傳統控制方式工作(兼容傳統調光)等。

其中，就功率因數要求而言，美國“能源之星”項目固態(tài)照明標準中對PFC帶有強制性要求(而無論是何種功率等級)，適用于特定產品，如嵌燈、櫥柜燈及臺燈等。該標準針對住宅應用部分要求功率因數高于0.7,針對商業(yè)應用部分要求功率因數高于0.9,而整體式LED燈泡的要求是輸入功率高于5W的燈泡功率因數大于0.7.當然，并非所有國家都絕對強制要求在照明應用中改善功率因數，但某些應用可能有這方面的要求。例如，公用事業(yè)機構可能大力推動擁有高功率因數的產品在公用設施中的商業(yè)應用。

圖1:傳統兩段式架構與改進的單段式架構對比

提供高功率因數的NCL30000隔離型LED驅動器方案

要提供高功率因數，同時符合其它應用要求，就有必要使用高功率因數的電路架構。這樣一來，傳統的兩段式架構(PFC升壓+脈寬調制(PWM)反激轉換)就無法滿足要求了。有利的是，諸如安森美半導體NCL30000功率因數校正可調光LED驅動器采用單段式架構(見圖1)，可以提供達0.9甚至更高的功率因數。這器件采用緊湊的8引腳表面貼裝封裝，使用臨界導電模式(CrM)反激架構，以單段式拓撲結構提供大于0.95的高功率因數，省下專門的DC-DC轉換電源段，幫助減少元器件數量，降低系統總成本。

NCL30000采用的恒定導通時間CrM工作特別適合于隔離型反激LED應用，因為控制塬理簡單，即使在低功率電平時，也能夠提供極高能效。NCL30000工作溫度范圍為-40至+125℃，確保能用于大多數LED通用照明應用中規(guī)定的不同環(huán)境工作范圍。NCL30000擁有典型值24微安(?A)的低啟動電流及典型值2mA的低工作電流，配合高能效設計。這器件也集成前沿消隱(LEB)電路，防止故障觸發(fā)，還集成強固的故障處理能力。

基于低功率AC-DCLED通用照明應用的解決方案

圖2:基于NCL30000的隔離型反激LED驅動器GreenPoint參考設計簡化框圖

配合TRIAC調光

除了要提供相關規(guī)范標準所要求的高能效及高功率因數，考慮特定的終端應用需求也很重要。如目前最常用的燈光亮度調控方法是叁端雙向可控硅開關器件(TRIAC)調光。但TRIAC調光器塬本針對電阻型負載的白熾燈(白熾燈在電路中的作用就象是電阻)。因此，LED驅動器兼容TRIAC調光器也很重要，這樣有利于用戶沿用已有壁式TRIAC調光器，節(jié)省支出。

基于低功率AC-DCLED通用照明應用的解決方案

圖3:NCL30000調光性能演示(通過改變調光器位置來在350mA至1.7mA之間調光)

有利的是，NCL30000兼容尾沿晶體管調光器及前沿TRIAC調光器，能夠提供高于0.95的高功率因數，使輸入電流波形看上去像是電阻型負載的波形，而這對兼容TRIAC調光器非常重要，因為用示波器截取的波形顯示，優(yōu)化設計的NCL30000單段式CrM反激LED驅動器的基本電流波形與輸入電壓波形保持同相(參見圖3)。

演示板能效測試結果

安森美半導體基于NCL30000開發(fā)了目標功率低于18W、支持4至15顆LED@350mA且支持TRIAC調光(針對12顆LED進行預配置)的參考設計演示電路板。輸入電壓范圍為90至305Vac的NCL30000演示電路板的能效測試結果顯示，寬輸入電壓范圍下的功率因數達到或超過0.95(見左圖)，且在寬LED正向電壓條件下維持極佳穩(wěn)流效果和高能效(右圖)。