低功率LED通用照明設(shè)計挑戰(zhàn)暨安森美半導(dǎo)體高能效方案

　　近年來，照明已經(jīng)成為世界各國推動節(jié)能環(huán)保所瞄準(zhǔn)的一個重要領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計，全球每年約有20%的電能用于照明，這些電能中又有約40%用于低效的白熾燈照明。而隨LED在光輸出性能、成本等幾乎各個方面的持續(xù)改進，LED通用照明已經(jīng)成為白熾燈等傳統(tǒng)照明的一種極引人注目的替代解決方案。

　　典型的LED通用照明應(yīng)用包括電燈泡和熒光燈管替代、嵌燈、街燈及停車燈、工作照明燈(臺燈、櫥柜內(nèi)照明)、景觀照明、廣告牌文字電路、建筑物照明等。LED街燈的功率較高，一般在50 W至300 W之間;LED建筑物及區(qū)域照明應(yīng)用的功率一般在40 W到125 W之間，屬于中等功率范圍;30 W以下的可統(tǒng)稱作低功率LED照明應(yīng)用，包括特定指向照明，如櫥柜內(nèi)照明、嵌燈、射燈PAR20/30/38燈光替代、臺燈等，以及全向照明，如重點照明、家電、通用照明A型燈替代、裝飾性燈具及吊扇燈等。本文將重點探討30 W以下功率的低功率LED通用照明應(yīng)用，以及安森美半導(dǎo)體相應(yīng)的高能效方案。

　　低功率LED照明應(yīng)用選擇驅(qū)動器須考慮的因素

　　LED驅(qū)動器的主要功能，就是在工作條件范圍下限制電流，而無論輸入及輸出條件如何變化。其應(yīng)用設(shè)計面臨多種限制條件，如高能效(低損耗)、高性價比、寬環(huán)境條件、高可靠性、靈活、符合電磁干擾(EMI)及諧波含量等方面的標(biāo)準(zhǔn)、可改造用于已有應(yīng)用及能采用傳統(tǒng)控制方式工作等。

　　要為低功率LED應(yīng)用選擇適合的驅(qū)動器并不容易，需要顧及不同的因素。例如，商業(yè)和住宅市場對LED燈具在工作溫度、使用時長、性能及“能源之星”等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面的要求并不相同。此外，燈泡替代應(yīng)用也存在著獨特挑戰(zhàn)，如LED電源及驅(qū)動器的熱度限制、尺寸受限及兼容的調(diào)光技術(shù)等。

　　就LED通用照明適用的標(biāo)準(zhǔn)而言，主要有美國“能源之星”要求的功率因數(shù)校正(PFC)標(biāo)準(zhǔn)以及歐盟的國際電工委員會(IEC)對總諧波失真的限制標(biāo)準(zhǔn)。其中，“能源之星”V1版燈具標(biāo)準(zhǔn)要求LED照明燈具具備PFC，適用于嵌燈、櫥柜燈及臺燈等特定產(chǎn)品，但與功率電平無關(guān)。這標(biāo)準(zhǔn)要求住宅應(yīng)用的功率因數(shù)(PF)高于0.7，而商業(yè)應(yīng)用高于0.9。這標(biāo)準(zhǔn)是自愿性標(biāo)準(zhǔn)，將于2011年9月實施。而“能源之星”的1.1版整體式LED燈泡標(biāo)準(zhǔn)已于2010年8月生效，要求輸入功率高于5 W的燈泡功率因數(shù)高于0.7。

　　如前所述，為低功率LED照明應(yīng)用選擇適合的驅(qū)動器須考慮眾多因素，這其中，有關(guān)功率因數(shù)等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尤為重要。接下來，我們以安森美半導(dǎo)體的相關(guān)產(chǎn)品為例，探討如何在低功率照明應(yīng)用中提供高功率因數(shù)。

　　改善低功率LED住宅照明應(yīng)用能效的方案

　　以住宅照明的臺燈和櫥柜燈等應(yīng)用為例，功率一般在3 W到8 W之間。這樣的低功率應(yīng)用最適合采用隔離型反激拓撲結(jié)構(gòu)。但傳統(tǒng)離線反激電源轉(zhuǎn)換器在開關(guān)穩(wěn)壓器前面采用全波整流橋及大電容，這種配置的功率利用率或輸入線路波形的PF較低，僅在0.5至0.6的范圍。

　　這就要引入PFC。如可在反激轉(zhuǎn)換器前采用NCP1607B這樣的有源PFC，能提供高于0.98的PF，但增加了元件數(shù)量及復(fù)雜性，且最適合的功率遠高于本應(yīng)用要求。無源PFC方案眾多，可改善PF，但通常都使用較多額外元件，增加成本及電路板占用空間，并降低可靠性。