几种安森美半导体高能效LED照明方案及设计参考

关键词： CFL , LED照明 , LFL , 安森美半导体 , 设计参考

　　随着能源价格的进一步走高和环境问题的增多，世界各国纷纷致力减少温室气体排放，加快了用LED替代对环境有影响的紧凑型荧光灯（CFL）和线性荧光灯（LFL）的步伐。截至目前，世界上许多国家和地区都公布了白炽灯“隐退”的时间表和路线图。中国禁用（禁售）白炽灯计划也于日前出炉。国家发改委等部门联合印发了《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》，决定从2012年10月1日起，按照功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。
　　LED以其寿命更长、优异的色彩组合、节能及符合环保要求，已成为照明革命的关键动力。近年来，LED成为了增长速度最快的半导体市场之一，5年年复合增长率达到19.3%，预计2013年市场总值可达124亿美元，见图1。

　　

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　　图1：LED市场增长动力及趋势

　　高亮度LED的光输出、能效及成本正在迅速改善，使其应用范围不断扩大。根据LED的工作电压可以划分为三个功率等级：0.9V至7V（手机和移动设备）、7V至60V（汽车和LCD背光）和60V至700V（通用照明）。这当中市场成长潜力最大的是汽车、LCD背光和通用照明。汽车应用主要包括氖灯替代、应急车辆灯、组合尾灯、仪表盘照明、信息娱乐、内部照明、中央高位刹车灯、前照灯、停车灯等；LCD背光主要包括大屏幕液晶电视、中等屏幕的笔记本、GPS、相框、上网本等；通用照明主要有离线LED驱动器/镇流器、街道/区域照明、替代灯泡、替代荧光灯、交通信号灯、工作照明、景观照明、建筑物照明等。不难看出，今后LED照明将逐步进入到更多的应用领域。

　　安森美半导体的高能效LED照明方案

　　利用先进技术以更少电能执行相同甚至更多的任务，进一步提升能效一直是安森美半导体不懈的追求。安森美半导体针对高能效LED应用开发了丰富的产品及方案，可以应对LED照明应用的多种挑战，如提高功率密度、实现功率因数校正、提高整体可靠性、输入电源范围更宽、满足空间受限及特定照明要求（如三端双向可控硅开关元件（TRIAC）调光）等。
　　安森美半导体宽广的产品范围涉及AC-DC电源IC、DC-DC驱动器、CCR稳流器、CCCV控制、HV-FET、整流器、数字接口、环境光传感器、保护、电力线载波（PLC）调制解调器等。
　　安森美半导体不断创新并推出LED通用照明应用方案，充分体现了高能效、创新及强固的特性。

　　·中低功率LED照明应用

　　在中低功率LED照明应用方面，MR16灯泡很有典型性，其设计挑战在于在不同交流电压条件下提供较平坦的输出电流，且在不同直流条件下提供出色的能效。安森美半导体的降压-升压型NCP3065开关稳压器采用针对AC-DC转换的桥式整流器，具有宽输入和输出工作电压、稳定的输出电流。NCP3065可配置为降压-升压满足输入电压与输出电压有交叠的要求，并有开路和短路LED保护功能，可通过12 Vac电子变压器/墙壁调光器调光。NCP3065的内部参考电压微调至2％，从而在即便是输入电压、LED正向电压和电感容限的宽变化范围下，都能提供极精确稳定的电流。

　　

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　　图2：采用NCP3065的MR16 LED灯泡电路和参考设计

　　还有一款MR16 LED方案是用于降压型应用的NCL30100，它是能效大于95%的LED驱动器控制器，开关频率高达700kHz，不需要输出电容，Vcc工作范围从6.35至18 V，可以驱动一个或多个大功率LED，主要用在MR16 LED照明、环境灯照明、太阳能LED、交通照明、室外照明和LED光条等应用。其PCB非常小巧，可以装入MR16灯的灯座内。NCL30160的迟滞控制特性可在负载瞬期间提供快速的回应，无需小型信号控制环路补偿元件。保护特性包括可利用电阻设定LED电流、LED短路保护、欠压锁定及热关闭。

　　

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　　图3：采用NCL30100的MR16 LED灯泡电路和参考设计

　　安森美半导体的其他LED驱动器还包括带PFC、兼容TRIAC调光的离线式驱动器NCL30000，可在5至15 W输出功率的低电平条件下达到80%以上的能效（典型值83%），适合LED驱动器/镇流器、嵌灯/聚光灯/户外照明使用；用于LED照明的AC-DC隔离电源方案，分别适用于3至8 W低功率照明、8至40 W嵌灯及PAR灯泡，以及40至125 W建筑物及区域照明和50至300 W高能效LED街道照明。
　·大功率照明应用

　　NCL30160是安森美半导体为驱动大功率LED新推出的一款NFET迟滞降压、恒流驱动器。它是新一代高能效的解决方案，电流提升到了1.5安培，损耗非常低，体积也更小，可最大限度地减少空间和成本。它通过利用仅55mΩ的低导通阻抗内部MOSFET及以100%占空比工作的能力，能够提供能效高达98%的方案。最高1.4MHz的高开关频率使设计人员可采用更小的外部元件，将电路板尺寸减至最小及成本降至最低。

　　

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　　图4：高亮度LED驱动器NCL30160应用电路

　　另一款专用LED电源集成电路是NCL30051，能够为降压直流-直流（DC-DC）转换器/LED驱动器提供恒定电压。该器件集成了一个临界导电模式（CrM） PFC控制器及一个半桥谐振控制器，并内置600V驱动器，针对离线电源应用进行了优化，具备了所有实现高能效、小外形因数设计所需的特性。
　　用NCL30051和NCL30160搭配组成的LED照明芯片组，可用最少的所需外部元件简化电源电路设计。这种架构使芯片组能够集成在更紧凑及更高性价比的LED照明电源中，除了在通用照明户外照明（如街灯、停车场灯）应用中采用，还可广泛用于工业及汽车照明应用。

　　·其他照明应用和参考设计

　　安森美半导体还为各种照明应用提供了多种参考设计电源。除了上面提到的MR16 LED灯泡参考设计演示板外，还有新型低成本线路可调光LED T5灯管参考设计，仅用5个元件即可实现CCR LED直接交流驱动；采用LED模块重新设计的台灯，光输出高于卤素灯，能耗仅为1/4；采用NCL30000的带PFC离线式LED驱动器兼容TRIAC调光，广泛适用于嵌灯/聚光灯/户外照明。
　　安森美半导体还将针对LED街道与建筑照明应用推出基于NCL30051的大功率（100至250 W）LED驱动器参考设计。该设计具有输出开路和短路、过温、过流（自动恢复）及过压输入（OVP大电压）保护功能。它也可以进行两段双电平模拟调光或PWM调光（频率100到300Hz）。其调光范围大于10:1；模拟电压输入为1-10 V。这个大功率照明应用方案的样品将于2012年第1季提供。

　　

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　　图5：基于NCL30051的100至250 W大功率LED驱动器参考设计

　　领先高能效方案满足各类应用

　　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，开发用于不同应用领域的专用LED驱动器，推出符合或超越世界各地的规范要求的固态照明方案。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直流-直流拓扑结构，以及正待批专利的自偏置晶体管技术，应用范围非常宽，从便携电池供电产品到汽车内部照明，到通用照明、建筑物固态照明，不论产品直接采用交流或直流线路供电都可以采用，为实现照明革命提供了丰富的选择。