安森美半导体AC-DC LED通用照明方案

　　根据市场研究机构的预估，到2015年中国LED通用照明需求将达100亿美元，2020年将达220亿美元。LED照明逐步取代传统照明是大势所趋。不过，LED通用照明有许多挑战，如功率密度、功率因数校正（PFC）、空间受限和可靠性等。安森美半导体致力于为LED照明提供宽广阵容解决方案，推出各种符合最新LED照明标准的产品，包括用于通用照明的AC-DC LED驱动电源方案。

　　通用照明挑战及交流主电源供电LED驱动器拓扑

　　由于LED总光效要求及散热限制，能效对低功率应用尤其重要；许多情况下，即使是较低功率应用也要求功率因数校正和谐波处理；在空间受限应用中，特别是替代灯泡应用，要求有很高的驱动功率密度；总体电源可靠性对整个灯的寿命非常重要；宽输入电源电压范围应支持高达277 Vac；兼容TRIAC调光等要求。此外，LED通用照明还要符合演进的标准及安全规范，如“能源之星”和IEC要求。

　　根据应用要求（尺寸、能效、功率因数、功率、驱动电流）不同，以交流主电源驱动LED有多种拓扑。安森美半导体提供各种电源方案，可用于各种照明应用。

　　图1：不同交流主电源供电LED驱动器拓扑结构

　　安森美半导体LED通用照明AC-DC解决方案

　　1） 功率因数校正方案

　　采用安森美半导体的NCP1611或NCP1612的160 W功率因数校正（PFC）升压方案采用非隔离升压拓扑，轻载能效高于传统CrM PFC；无须额外元件，可靠性及安全性高。该方案采用电流控制频率反走（CCFF）CrM，有升压或旁路二极管短路保护、引脚开路/短路保护、优化的瞬态响应、软过压保护、输入欠压检测、低总谐波失真配置、过热关闭等特性。

　　这类PFC方案还包括NCP1607、NCP1608、NCP1615和NCP1654（非隔离升压）；NCL30000（隔离单级反激、非隔离降压）；NCL30001（隔离单级反激）；NCL30002（非隔离降压）；NCL30060（单级反激或降压）。

　　以NCL30000为例，“平均电流稳流”拓扑可以选择两种配置，一种是降压配置（包含抽头电感降压配置）；另一种是降压-升压配置，电感没有与LED串串联，输入电流波形或失真与输出压降无关。它可进行初级可控硅调光，适用于隔离和非隔离方案，隔离方案能效80－85％。

　　2） 初级端控制离线方案

　　初级端稳流（PSR）也称初级端控制。初级端控制离线LED驱动器不使用光耦，具有±1%（典型值）的精密LED稳流精度、宽VCC范围、高能效准谐振控制、强固的保护特性组合，以及宽工作温度范围（-40至+125℃）；支持反激及降压-升压拓扑，带无源PFC输入的功率因数约0.9；该系列可应用于LED灯泡替代、离线LED驱动器、嵌灯、室内/室外重点照明及任务灯及LED电子控制装置。

　　图2：初级端控制离线方案

　　可供选择的器件有NCL30080A/B、NCL30081A/B、NCL30082A/B和NCL30083A/B（无源PFC控制）；NCL30085A/B、NCL30086A/B、NCL30087A/B和NCL30088A/B（有源PFC控制）。其调光控制包括非调光、3步/5步调光、模拟/数字、双向可控硅/后缘触发调光等。

　　3） AC-DC开关稳压器

　　安森美半导体针对隔离反激式和非隔离式转换器的开关稳压器包括NCP1010、NCP1011、NCP1012、NCP1014/15、NCP1027/28、NCP1072/5、NCP1076等。这些器件均为电流模式，峰值电流限制从100 mA至800 mA。这些方案集成了MOS管，适用于隔离和非隔离应用，支持次级PWM调光、模拟调光或双亮度等级调光，能效高达75－80％。

　　4） 用于高压LED串的高功率因数升压方案

　　高压多结点LED正变得更加常见，因为供应商趋向更好地优化LED以提升系统总光效，并引入更加专用化的LED。这些LED每封装的正向电压可达24至200 V，可以优化用于定点照明、全向照明或线性照明。为了以低元件数量及标准现成电感实现此目标，电路中使用了NCP1075单片高压开关稳压器及高精度的NCP4328A恒流/恒压控制器。

　　该方案能效高于90%，具有20 ms的快速启动时间、LED开路保护、可使用现有电感、功率因数高于0.95，以及采用NCP1075时功率能力大于10 W的特性，应用主要是LED灯泡及灯管、低功率光源及灯具、电子控制装置和LED驱动器。

　　图3：高压LED串高功率因数升压方案

　　5） AC-DC开关控制器

　　针对隔离和非隔离降压、降压/升压转换器的开关控制器有固定频率的NCP1200、NCP1203、NCP1218、NCP1219、NCP1230、NCP1234/6、NCP1237/8、NCP1250/1/3；还有准谐振的NCP1207A、NCP1308、NCP1337/38、NCP1377、NCP1379/80和NCP1336。针对非隔离降压转换器的开关控制器则有LV5011MD、LV5012MD、LV5026MC、LV5029MD、NCL30002和NCL30105。此外还有谐振半桥变换器的开关控制器NCP1392/3、NCP1398及开关组合控制器NCL30051和NCL30030。

　　图4：采用NCL30030的AC-DC开关控制器LED驱动方案

　　6） 离线降压LED驱动器

　　NCL30002是支持高功率因数或低纹波降压拓扑的高能效CrM控制方法，具有485 mV峰值电流感测精度±2%（典型值）、低至24 μA（典型值）的启动电流；最大Vcc达20 Vdc；带有500 mA源/800 mA汲MOSFET门极驱动器；宽工作温度范围-40至+125℃。其应用有LED灯泡（包括小型蜡烛灯）替代、嵌灯、室内/定外重点照明及任务灯。

　　图5：采用NCL30002的小型设计

　　7） 非隔离离线降压控制器

　　LV5026MC是一款非隔离离线降压控制器，支持不同调光控制（TRIAC、模拟及PWM）、可选择开关频率（50 kHz或70 kHz）、低噪声开关系统；具有短路保护、软启动和内置TRIAC稳定功能。应用包括壁灯、任务灯、台阶灯和LED灯泡替代。

　　图6：非隔离离线降压控制器

　　8） 可调光LED驱动器

　　LV50xx中的LV5026MC、LV5029MD、LV5011MD和LV5012MD都是可调光LED驱动器。以LV5011MD和LV5012MD为例，两者开关频率均为70 kHz，可提升功率因数，具有、外部调节参考电压、过压保护、过热关闭功能。两者的不同之处在于调光模式，均可用于小型可调光LED灯泡、离线LED驱动器和嵌灯。

　　图7：可调光LED驱动器

　　9） 非隔离线性LED驱动器拓扑的恒流稳流器（CCR）

　　一种是低电流LED串驱动器CCR NSIC2020 （120 V， 20 mA），其交流电压上升时电流仍保持恒定，达到LED阈值电压后导通无延迟，低电压时LED亮度高，可防止LED受电压浪涌影响。另一种用于低成本T5 LED灯管，采用CCR NSIC2050 （120 V， 50 mA）LED驱动器，可直接交流驱动LED，无漏电流，稳流可保护LED。

　　图8：低成本T5 LED灯管电路

　　10） 用于街道及区域照明的LED电源

　　替代高强度气体放电灯（HID）或高压钠灯（HPS），要使用大LED阵列。根据终端产品不同，LED可配置为不同结构。一种方法是将交流输入电压转换为直流稳压输出，并为多个并联LED灯条供电。另一种方法是提供稳流恒流来直接驱动LED，省去灯条中内置的线性或DC-DC转换段。

　　图9a：方法1 -- 将交流输入电压转换为直流稳压输出

　　第二种方法旨在配合“能源之星”1.1版光源规范，其特点包括：通用输入范围90 - 265 Vac（更改元件可支持305 Vac）；最大输出功率60 W（更改元件NCL30051最高支持250 W功率）；功率因数PF大于0.9（50-100%负载，带调光）；谐波含量遵从IEC61000-3-2 class C标准；Iout = 1000 mA/Vf = 35至45 V条件下，能效大于90%；恒流输出电流范围0.7 - 1.5 A；输出电压范围35 - 50 V；输出开路及短路保护、过温保护、过流保护-自动恢复、过压保护-输入（OVP大电压）等保护特性。

　　图9b：方法2 --提供稳流恒流来直接驱动LED

　　总结

　　安森美半导体利用在电源管理、高能效电源及封装方面的核心专长及优势，为LED照明应用，特别是通用照明提供了符合各种规范要求控制和驱动器件。这些方案采用独特的LED驱动电源架构、模拟及调光技术、反激转换器及非隔离拓扑，适用于各种通用照明应用，为这些设备的实现提供了丰富的选择。