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

　　實(shí)際上，高功率因數(shù)通常需要正弦線路電流，且要求線路電流及電流之間的相位差極小。修改傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步就是在開(kāi)關(guān)段前獲得極低電容，從而支持更貼近正弦波形的輸入電流。這使整流電壓跟隨線路電壓，產(chǎn)生更合意的正弦輸入電流，反激轉(zhuǎn)換器的輸入電壓就以線路頻率的2倍跟隨整流正弦電壓波形。如果輸入電流保持在相同波形，功率因數(shù)就高。安森美半導(dǎo)體的NCP1014自供電單片開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器采用固定頻率工作，電流不能上升到高于某個(gè)特定點(diǎn);這個(gè)點(diǎn)由輸入電壓及開(kāi)關(guān)周期或?qū)щ姇r(shí)間結(jié)束前的初級(jí)電感來(lái)確定。由于導(dǎo)電時(shí)間的限制，輸入電流將跟隨輸入電壓的波形，從而提供更高的功率因數(shù)。

　　應(yīng)對(duì)更高功率因數(shù)及TRIAC調(diào)光挑戰(zhàn)的方案

　　要針對(duì)低功率LED照明應(yīng)用提供高于0.9的功率因數(shù)及低總諧波失真，以適合商業(yè)應(yīng)用要求，就有必要使用新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種情況下，傳統(tǒng)的兩段式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(PFC升壓+反激轉(zhuǎn)換)就無(wú)法滿足要求了。相應(yīng)的，我們可以使用基于安森美半導(dǎo)體NCL30000臨界導(dǎo)電模式(CrM)反激控制器的單段式CrM反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。單段式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)省下專用的PFC升壓段，幫助減少元器件數(shù)量，降低系統(tǒng)總成本，并提供高功率因數(shù)。圖4顯示的是安森美半導(dǎo)體基于NCL30000的單段式高功率因數(shù)反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化功能框圖。

　　值得一提的是，與前述針對(duì)住宅應(yīng)用使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器(內(nèi)置FET等旁路元件)的方案不同，我們?cè)卺槍?duì)商業(yè)照明的應(yīng)用中使用的是寬動(dòng)態(tài)范圍的精確導(dǎo)通時(shí)間控制器方案NCL30000。設(shè)計(jì)中采用控制器(外置FET等旁路元件)方案的原因包括易于在能效和成本之間實(shí)現(xiàn)折衷、能以單顆控制器支持寬功率范圍(5到30 W)、及便于優(yōu)化散熱及靈活布線等。基于NCL3000構(gòu)建的90到305 Vac EFD25演示板(Vout = 12 LED, 37 Vdc)測(cè)試顯示，功率因數(shù)遠(yuǎn)高于0.9，部分輸入電壓條件下功率因數(shù)甚至高于0.95(見(jiàn)圖5)，能效也極高(參見(jiàn)參考資料2)。 圖5：基于NCL30000的演示板PF及THD測(cè)試結(jié)果。

　　此外，TRIAC調(diào)光器應(yīng)用廣泛，故LED驅(qū)動(dòng)方案的一項(xiàng)挑戰(zhàn)就是兼容TRIAC調(diào)光這樣的已有調(diào)光技術(shù)，因?yàn)門RIAC調(diào)光器設(shè)計(jì)針對(duì)的是電阻型負(fù)載的白熾燈泡(功率因數(shù)約為1)，。有利的是，基于NCL30000的設(shè)計(jì)提供極高的功率因數(shù)，輕松符合商業(yè)應(yīng)用的功率因數(shù)要求。且用示波器截取的波形顯示，優(yōu)化設(shè)計(jì)的NCL30000單段式CrM反激電源的基本電流波形與輸入電壓波形保持同相，輸入電流波形看上去象是電阻型負(fù)載的波形，能夠兼容TRIAC調(diào)光。

　　為了支持客戶在低功率LED商業(yè)照明應(yīng)用中應(yīng)用NCL30000 PFC控制器，安森美半導(dǎo)體提供設(shè)計(jì)目標(biāo)功率低于18 W、旨在以350 mA電流驅(qū)動(dòng)4到15顆LED的三款NCL30000評(píng)估演示電路板，分別是NCL30000LED1GEVB(輸入電壓90至135 Vac，TRIAC可調(diào)光)、NCL30000LED2GEVB(輸入電壓180至265 Vac，TRIAC可調(diào)光)及NCL30000LED3GEVB (輸入電壓90至305 Vac)。當(dāng)然，客戶可能需要支持更大功率及更大電流的選擇。這時(shí)候就需要優(yōu)化變壓器及輸出整流器和電容等關(guān)鍵元器件，并將輸出繞組由串聯(lián)改為并聯(lián)方式。而且有利的是，NCL30000作為控制器方案，支持寬功率范圍。