中心議題：
- 安森美面向不同電源與不同應(yīng)用的LED解決方案介紹
解決方案：
- AC-DC LED照明解決方案
- 功率高于50 W的AC-DC LED照明應(yīng)用
- 8 W-25 W AC-DC LED照明應(yīng)用
- DC-DC LED照明方案
- LED手電筒驅(qū)動(dòng)方案
LED照明的應(yīng)用已經(jīng)從傳統(tǒng)的便攜產(chǎn)品背光拓展至室內(nèi)照明、室外照明及手電筒等應(yīng)用。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電源的不同，LED照明通常可以劃分為交流-直流(AC-DC) LED照明、直流-直流(DC-DC) LED照明電源以及電池供電的LED手電筒等不同類型，LED燈具及其功率也各不相同，如3 W PAR16、3×2 W PAR20、10 W/15 W PAR30、15 W/22 W PAR38、1 W G13、3 W GU10、1 W MR11、3 W MR16、3 W/9 W/15 W嵌燈、1 W LED閱讀燈等。
AC-DC LED照明解決方案
安森美半導(dǎo)體在AC-DC電源供電的LED照明應(yīng)用，提供各種離線控制器及功率因數(shù)校正(PFC)控制器，并配合隔離及非隔離要求提供不同的LED應(yīng)用方案。
在交流線路電壓與LED之間沒有物理電氣連接的隔離應(yīng)用中，常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有反激(Flyback)、正激(Forward)及雙電感加單電容(LLC)半橋諧振。不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合于不同的功率范圍或是用于滿足特別的設(shè)計(jì)要求。例如， 反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是小于100 W的中低功率應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)選擇，而LLC半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是高能效的首選。
圖1：不同功率范圍的隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
AC-DC LED照明應(yīng)用中，小功率的LED應(yīng)用通常以恒流(CC)來驅(qū)動(dòng)，而恒壓(CV)功能是在輸出開路的情況下作為保護(hù)功能。大功率的LED應(yīng)用可能需要在電路中增加功率因數(shù)校正(PFC)，其中的AC-DC轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動(dòng)兩部分電路既可能采用整體式(integral)配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，也可以采用分布式(distributed)配置，從而簡(jiǎn)化安全考慮，并增加系統(tǒng)靈活性。
從應(yīng)用的具體功率范圍來看，AC-DC LED照明應(yīng)用主要包括：
- 1 W-8 W：G13/GU10/PAR16/PAR20照明
- 8W -25 W：PAR30/PAR38照明
- 50 W-150 W：區(qū)域照明
- 100 W-300 W：區(qū)域照明
1) 1 W-8 W AC-DC LED照明應(yīng)用
這類應(yīng)用要求的輸入電壓為90至264 Vac，能效達(dá)80%，同時(shí)提供短路保護(hù)、過壓保護(hù)等保護(hù)特性，并提供350 mA、700 mA恒流，應(yīng)用領(lǐng)域包括G13、GU10、PAR16、PAR20及嵌燈(downlight)等。
這類應(yīng)用中可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1015自供電單片開關(guān)穩(wěn)壓器。這器件集成了固定頻率(65/100/130 kHz)電流模式控制器和700 V的高壓MOSFET，提供構(gòu)建強(qiáng)固的低成本電源所需的全部特性，如軟啟動(dòng)、頻率抖動(dòng)、短路保護(hù)、跳周期、最大峰值電流設(shè)定點(diǎn)及動(dòng)態(tài)自供電功能(無需輔助繞組)等。圖1顯示的是NCP1015在隔離型1 W-8 W范圍AC-DC LED照明應(yīng)用的電路示意圖。指得一提的是，NCP1015同樣可用于非隔離型(電路中不含高頻變壓器)1 W-8 W范圍的AC-DC LED照明應(yīng)用，電路中可以采用抽頭(tapped)電感來提高M(jìn)OSFET工作的占空比，并改善系統(tǒng)能效及電路性能。
圖2：安森美半導(dǎo)體8 W LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用電路示電圖(輸入電壓為85至264 Vac)[page]
2) 8 W-25 W AC-DC LED照明應(yīng)用
美國(guó)能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR™)固態(tài)照明(SSL)規(guī)范中規(guī)定任何功率等級(jí)皆須強(qiáng)制提供功率因數(shù)校正(PFC)。這標(biāo)準(zhǔn)適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺(tái)燈，其中，住宅應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)須大于0.7，而商業(yè)應(yīng)用中則須大于0.9。但這標(biāo)準(zhǔn)屬于自愿性標(biāo)準(zhǔn)，即可以選擇不遵從或是遵從。
相應(yīng)地，在8 W-25 W AC-DC LED照明應(yīng)用中，我們考慮兩種情況，一種是應(yīng)用沒有功率因數(shù)要求，即不需采用PFC控制器，另一種是要求采用PFC控制器。在不需要PFC的應(yīng)用中，我們假定輸入電壓規(guī)格為90~132 Vac或180~264Vac(或通用輸入)，能效達(dá)85%，提供短路保護(hù)及開路保護(hù)等保護(hù)特性，輸出電流為350 mA、700 mA及1 A恒流，相應(yīng)地可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1028或NCP1351。其中，NCP1028是一款增強(qiáng)型單片開關(guān)穩(wěn)壓器，適用于在通用主電源輸入的應(yīng)用中提供數(shù)瓦至15 W的輸出功率。NCP1028的導(dǎo)通阻抗比NCP101x更低，提供800 mA峰值電流，具備NCP101x的諸多特性，此外還提供過功率保護(hù)、內(nèi)置斜坡補(bǔ)償及輸入欠壓保護(hù)等特性。NCP1351則是一款固定導(dǎo)通時(shí)間、可變關(guān)閉時(shí)間脈寬調(diào)制(PWM)控制器，適用于成本至關(guān)重要的低功率離線反激開關(guān)電源應(yīng)用。這器件支持頻率反走，還具有閂鎖輸入、自然的頻率抖動(dòng)、負(fù)電流感測(cè)及擴(kuò)展的電源電壓范圍等特性。圖3顯示的是90至264 Vac輸入條件下基于NCP1351的8 W-25 W LED照明方案。
圖3：基于NCP1351的8 W至25 W AC-DC LED照明應(yīng)用電路示意圖。
圖4：基于NCP1607/8 PFC控制器的8 W-25 W AC-DC LED照明應(yīng)用示意圖。
需要PFC的8 W-25 W AC-DC LED照明應(yīng)用中，假定輸入電壓規(guī)格為90至264 Vac，功率因數(shù)高于0.9，能效達(dá)80%，提供短路及過功率保護(hù)，輸出電流同樣有350 mA、700 mA和1 A等不同選擇。在這類應(yīng)用中，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1607或NCP1608 PFC控制器。NCP1607是一款高性價(jià)比的臨界導(dǎo)電模式(CrM) PFC控制器。這器件與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)引腳對(duì)引腳兼容，簡(jiǎn)化工程師的設(shè)計(jì)。可調(diào)節(jié)的過壓保護(hù)(OVP)及環(huán)路開路保護(hù)等功能也增強(qiáng)了設(shè)計(jì)靈活性及強(qiáng)固性。圖4展示的是NCP1607/NCP1608在85至135 Vac或185至264 Vac輸入條件下的LED照明應(yīng)用方案。 [page]
3) 功率高于50 W的AC-DC LED照明應(yīng)用
功率高于50 W的AC-DC LED應(yīng)用廣泛用于街道照明及大功率區(qū)域照明，可以采用不同的LED方案，用于50 W-150 W或100W -200 W的功率范圍。假定其輸入電壓規(guī)格為90至264 Vac，功率因數(shù)高于0.95，能效達(dá)85%，提供短路及過壓保護(hù)，及350 mA、700 mA和1 A的恒流輸出。
此類應(yīng)用可以采用下述不同方案，適合不同應(yīng)用要求：
- NCP1652：改進(jìn)型單段式PFC
- NCP1607/8+NCP1377：臨界導(dǎo)電模式PFC+準(zhǔn)諧振電流模式PWM
- NCP1607/8+NCP1396：臨界導(dǎo)電模式PFC+高性能半橋LLC PWM
- NCP1901：最新型單段式PFC(PFC+半橋諧振)
圖5：基于NCP1652單段式PFC控制器的50 W-150 W AC-DC LED方案
例如，在50 W-150 W的AC-DC LED應(yīng)用中，既可以采用NCP1652這樣的改進(jìn)型單段式PFC控制器，也可以結(jié)合采用NCP1607/8 PFC控制器及NCP1377準(zhǔn)諧振(QR)模式PWM控制器。其中，NCP1377結(jié)合了真正的電流模式調(diào)制器和退磁檢測(cè)器，確保任何負(fù)載/線路條件下提供完整的CrM工作，并確保最低的漏電壓開關(guān)(準(zhǔn)諧振工作)。NCP1652驅(qū)動(dòng)帶有可編程死區(qū)時(shí)間的信號(hào)，支持有源鉗位或同步整流，提供優(yōu)化的能效。這器件還具有輸入欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)等保護(hù)特性，支持頻率抖動(dòng)、跳周期及臨界導(dǎo)電模式(CrM)/不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)工作。基于NCP1652、采用85至135 Vac或185至264 Vac輸入的50 W-150 W AC-DC LED方案的示意圖如圖5所示。
50 W以上功率的AC-DC LED照明應(yīng)用如果需要更高能效的LED電源，則需要高能效的LED照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，往往從反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以充分發(fā)揮零電壓開關(guān)(ZVS)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。NCP1396及NCP1901均是安森美半導(dǎo)體開發(fā)的LED電源用高能效諧振模式半橋方案。圖6顯示的是基于NCP1901的最新型半橋諧振+PFC LED方案，輸入電壓為90至264 Vac，功率100 W至200 W，其中半橋段工作在固定頻率以及固定占空比，用于降低開關(guān)損耗。
圖6：基于NCP1901的100W-200 W AC-DC LED照明方案[page]
DC-DC LED照明方案
采用DC-DC電源供電的LED照明應(yīng)用中，常見具體應(yīng)用包括1 W-3 W MR11/MR16降壓LED燈泡、1 W-20 W升壓LED驅(qū)動(dòng)器和20 W-60 W大功率LED驅(qū)動(dòng)器。
其中，在1 W-3 W DC-DC LED照明應(yīng)用中，可以采用安森美半導(dǎo)體的CAT4201降壓LED驅(qū)動(dòng)器，這器件兼容于12 V及24 V系統(tǒng)，提供達(dá)350 mA的LED驅(qū)動(dòng)電流，能夠在24 V系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)7個(gè)串聯(lián)的LED，能效高達(dá)94%。這器件采用專利的開關(guān)控制架構(gòu)，幫助降低系統(tǒng)成本，支持CrM工作并提升能效。CAT4201還提供限流、熱保護(hù)及LED開路保護(hù)等全面的保護(hù)特性。
而在功率范圍達(dá)1 W-20 W的DC-DC升壓LED應(yīng)用中，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP3065/6或NCV3065/6(汽車應(yīng)用版本)降壓、升壓、單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)及逆變多模LED驅(qū)動(dòng)器，并選擇其中的升壓配置模式。另外，功率范圍達(dá)20 W-60 W的DC-DC升壓LED應(yīng)用中可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1034同步降壓PWM控制器。
圖7：基于NCP1421及NCP1529的LED手電筒升壓和降壓方案。
LED手電筒驅(qū)動(dòng)方案
手電筒DC-DC LED照明方案包括升壓型及降壓型兩種。1 W-3 W的升壓型DC-DC LED手電筒應(yīng)用中可以采用帶真關(guān)閉功能的NCP1421升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，而1 W-3 W的降壓LED手電筒應(yīng)用中可以采用NCP1529低壓降壓轉(zhuǎn)換器，二者的應(yīng)用示意圖見圖7。
