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采用交流-直流(AC-DC)電源供電的LED通用照明應用中，常見(jiàn)隔離拓撲結構與非隔離拓撲結構。所謂“隔離”，是指輸入與輸出之間采用變壓器等進(jìn)行電氣隔離。這兩種拓撲結構各有其特點(diǎn)。相比較而言，非隔離拓撲結構的優(yōu)勢包括磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數量更少、總物料單成本更低，以及能以機械設計滿(mǎn)足安規等。安森美半導體提供多種非隔離高功率因數LED驅動(dòng)方案，不僅可提供更高的能效，而且設計緊湊，適合不同的中低功率LED通用照明應用，如線(xiàn)性熒光燈替代和大功率嵌燈及聚光燈等。 常見(jiàn)降壓非隔離應用應用LED驅動(dòng)器方案 在MR16燈泡、12 V景觀(guān)照明、太陽(yáng)能供電LED照明及廣告牌文字電路和標志背光等應用中，可以采用靈活的降壓驅動(dòng)器NCL30160。這器件是針對單電壓輸入的高能效、峰值電流控制降壓控制器，為MR16 LED燈泡等空間受限且講究高能效的應用提供極佳方案。但嚴格地說(shuō)，NCL30160是一款DC-DC非降壓隔離驅動(dòng)器方案。 在G13、GU10、PAR16、PAR20及嵌燈等1至8 W低功率LED照明應用方面，可以采用安森美半導體的NCP1015自供電單片開(kāi)關(guān)控制IC。這器件集成了700V高壓MOSFET，采用PDIP-7或SOT-223封裝，提供構建強固、低成本的AC-DC LED電源轉換方案所需的全部特性。這器件既可用于隔離型方案，也可用于非隔離方案，用于滿(mǎn)足不同應用要求。其中，基于NCP1015的非隔離方案采用抽頭電感來(lái)隔離交流信號，提高M(jìn)OSFET工作的占空比，提高系統能效及電路性能可以通過(guò)減小電容或是谷底填充電路來(lái)實(shí)現功率因數大于0.7的要求。 在照明應用中，如果輸出功率要求高于25 W，LED驅動(dòng)器則面臨著(zhù)功率因數校正(PFC)的問(wèn)題。如美國“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(wú)論是何種功率等級)，即針對住宅應用部分要求功率因數高于0.7，而針對商業(yè)應用部分要求功率因數高于0.9。在這類(lèi)應用中，可以采用安森美半導體的NCP1607臨界導電模式(CrM)方案這器件既可用于隔離型方案，也可用于非隔離方案， 支持調光的高功率因數非隔離LED器方案 一些AC-DC非隔離LED照明應用既要求高功率因數，又要求支持調光，如模擬、數字(PWM)或三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)器件(TRIAC)調光等。在這些應用中，客戶(hù)可以采用安森美半導體的NCL30000功率因數校正TRIAC可調光LED驅動(dòng)器，或是LV5026/29系列高功率因數可調光LED驅動(dòng)器。 一、NCL30000/2非隔離可調光高功率因數LED驅動(dòng)器拓撲結構及應用 NCL30000是用于住宅及商業(yè)照明等LED照明應用的功率因數校正可調光LED驅動(dòng)器。NCL30000/2采用緊湊型的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，因而省卻直流-直流(DC-DC)轉換段。典型應用包括LED驅動(dòng)器電源、LED嵌燈、三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)組件(TRIAC)可調光LED燈及功率因數校正恒壓電源。這器件與前沿TRIAC調光器和尾沿晶體管調光器兼容。視乎所使用的調光器，LED輸出可調低至2%。 NCL30000采用恒定導通時(shí)間CrM工作，非常適合于隔離型反激應用，但也可以配置為非隔離型高功率因數拓撲結構。而在非隔離型拓撲結構下，NCL30002在-40至125℃工作溫度條件下有較高電流精度(<±3.1%)，包含降壓及降壓-升壓拓撲結構等不同選擇，下文將進(jìn)行比較。 1) NCL30000非隔離降壓及降壓-升壓拓撲結構對比 從拓撲結構來(lái)講，降壓拓撲結構的不足是輸入電流波形取決于輸出電壓。在這種配置下，由于電感與LED串采用串聯(lián)配置，僅在輸入電壓超過(guò)LED正向壓降(VF)時(shí)有電流流過(guò)；CrM及恒定導通時(shí)間工作可提供高功率因數；直接感測LED電流；低環(huán)路帶寬支持高功率因數工作；MOSFET電流等于LED峰值電流；MOSFET電壓應力等于峰值主電源電壓；功率因數(PF)及總諧波失真(THD%)性能取決于輸出壓降與輸入電壓之比(VF/Vin)，比例越高，PF越低；比例越高，THD越高。 
圖1：降壓及降壓-升壓配置比較 相比較而言，降壓-升壓拓撲結構的輸入電流波形跟負載無(wú)關(guān)，具有高功率因數、良好的總諧波失真性能。降壓-升壓配置下，電感與LED串并未串聯(lián)，輸入電流波形或失真與輸出壓降(VF)無(wú)關(guān)；固有的LED故障保護功能可在MOSFET短路時(shí)提供保護；LED正向壓降可以高于或低于輸入電壓；MOSFET開(kāi)關(guān)電壓應力為輸入電壓與輸出壓降之和(Vin+Vout)。 2) 基于NCL30000的非隔離降壓-升壓LED驅動(dòng)器方案 本文將重點(diǎn)探討降壓-升壓拓撲結構的NCL30000非隔離型LED驅動(dòng)器方案。
圖2：NCL30000非隔離降壓-升壓拓撲結構電路圖 如圖2所示，在NCL30000非隔離降壓-升壓拓撲結構應用中，LED平均電流被穩流，可穩定線(xiàn)路電壓變化和負載變化；可實(shí)現LED開(kāi)路及短路保護；如果FET短路，LED仍然安全。 NCL30000降壓-升壓拓撲結構的工作原理包括： •直接感測LED電流，提供真正的平均模式反饋�？梢栽趯扡ED電壓范圍內維持緊密的穩流；感測電阻(R9)的阻值很小，可提升能效至最高；匹配的晶體管對(Q1)產(chǎn)生與LED電流成正比的電流。 •分級電平轉換晶體管(Q2)將正比例電流耦合至低邊控制器；省去了光耦；第二個(gè)分級晶體管(Q5)用于“高輸入+輸出”電壓的方案。 •端接電阻(R14)將正比例電流轉換為電壓；將電壓用作提供給控制器的反饋信號；在LED平均電流處關(guān)閉反饋環(huán)路。 •低環(huán)路帶寬提供高功率因數。 3) 基于NCL30000的T8燈管LED驅動(dòng)器演示板 安森美半導體為采用NCL30000的T8燈管LED驅動(dòng)器提供了高PF演示板，用來(lái)替代常見(jiàn)的線(xiàn)性熒光燈管。25 W設計示例在350 mA電流時(shí)的電壓為72 V，主電源電壓范圍的能效高于88%，典型功率因數高于0.96，尺寸為18 mm x 200 mm (總高度19 mm)。
圖3：基于NCL30000的非隔離降壓-升壓T8燈管驅動(dòng)器演示板 該演示板具有諸多特性：控制器以交流整流回路電壓為參考，可降低系統噪聲；LED以交流整流電壓為參考，可減少產(chǎn)生的EMI；直接感測LED電流實(shí)現真正的平均模式控制；在寬LED電壓范圍內維持緊密穩壓；恒定導通時(shí)間提供高功率因數及低總諧波失真；使用偏置繞組提供負載開(kāi)路保護；熱反走，帶自動(dòng)恢復；監控LED電流，提供短路保護；感測FET電流，用于故障保護。 25 W T8燈管LED驅動(dòng)器設計示例的設計要求包括：輸入電壓范圍為90至305 Vac；為L(cháng)ED提供350 mA恒定電流；LED串最大電壓為71.4 V；LED串最小電壓為55 V；最小交流主電壓的峰值時(shí)開(kāi)關(guān)頻率為70 kHz；能效約為90%。
圖4：NCL30000降壓-升壓非隔離LED驅動(dòng)器演示板性能測試結果 4) 基于NCL30000的TRIAC可調光高功率因數GU10 LED驅動(dòng)器方案 對上述方案進(jìn)行一些必要的修改，還可配合TRIAC調光。修改措施包括：在偏置練級上增加更多匝數、增加偏置穩壓器用于寬范圍調光、可選加速調光電路以?xún)?yōu)化調光響應、優(yōu)化EMI濾波器以適應TRIAC導通時(shí)的大階躍電壓等。 修改后方案的電源規范摘要包括：輸入電壓100至130 Vac；3個(gè)LED的輸出為470 mA；額定輸出功率約4.7 W；非隔離設計TRIAC調光；功率因數校正> 0.85；100至130 Vac的能效>82％。 二、LV5026MD/29MC系列非隔離降壓LED驅動(dòng)器方案 除了NCL30000，客戶(hù)也可以采用安森美半導體成員公司三洋半導體的LV5026MD/29MC系列非隔離降壓LED驅動(dòng)器，并根據實(shí)際調光要求，選擇適合的產(chǎn)品。例如，若需要同時(shí)支持TRIAC調光、PWM調光及模擬調光，則應選擇LV5026M；若只需要支持PWM及模擬調光，則可選擇LV5029MC。 以非隔離可調光高功率因數LED驅動(dòng)器LV5026MD為例，它可驅動(dòng)大功率場(chǎng)效應管電路，采用步進(jìn)控制方式，具有頻率振蕩、基準電壓外部調整、兼容數字調光和模擬調光、內置軟啟動(dòng)、過(guò)電流保護、過(guò)熱保護、過(guò)電壓保護電路等特性。電路圖如圖6所示。
圖6：采用LV5026MD的非隔離降壓LED驅動(dòng)器 使用LV5026MD的LED照明驅動(dòng)電路時(shí)，改變電路構成可以提高功率因數。對應方法包括：減小AC電壓平滑用電容器，擴大AC電流的導通角；控制功率場(chǎng)效應管中流的電流同輸入的AC電壓成比例。 總結 NCL30000和LV5026MD均支持隔離及非隔離拓撲結構，可以提供更高的能效，在主電源輸入電壓及LED負載范圍內提供緊密的LED穩流；同時(shí)，具有高功率因數和低THD特性，可以?xún)?yōu)化切相調光器應用。安森美半導體提供的寬范圍的LED驅動(dòng)器方案，配以相關(guān)工具及支持，有助于實(shí)現緊湊設計，適合不同的中低功率LED照明應用，同時(shí)幫助客戶(hù)加快產(chǎn)品上市。 供稿：安森美半導體 |
