高能效LED通用照明解決方案

2) 采用交流離線電源為LED供電

在采用交流離線電源為LED供電的應(yīng)用中，涉及到眾多不同的應(yīng)用場合，如電子鎮(zhèn)流器、熒光燈替代、交通信號燈、LED燈泡、街道和停車照明、建筑物照明、障礙燈和標(biāo)志等。在這些從交流主電源驅(qū)動大功率LED的應(yīng)用中，有兩種常見的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，即在需要電流隔離(galvanic isolation)時使用反激轉(zhuǎn)換器，或在不需要隔離時使用較為簡單的降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

在反激轉(zhuǎn)換器方面，根據(jù)輸出功率的不同，可以采用安森美半導(dǎo)體的不同反激轉(zhuǎn)換器。例如，安森美半導(dǎo)體的NCP1013適合于功率高達(dá)5 W(電流為350 mA、700 mA或1 A)的緊湊型設(shè)計應(yīng)用，NCP1014/1028可以提供高達(dá)8 W的連續(xù)輸出功率，而NCP1351則適合于大于15 W的較大功率通用應(yīng)用。

以NCP1014/1028為例，這是安森美半導(dǎo)體推出的離線式PWM開關(guān)穩(wěn)壓器，具有集成的700 V高壓MOSFET，均采用350 mA/22 Vdc變壓器設(shè)計及700 mA/17 Vdc配置，輸入電壓范圍為90至265 Vac，具有輸出開路電壓鉗位、采用頻率抖動減少電磁干擾(EMI)信號以及內(nèi)置熱關(guān)閉保護(hù)等特性，適合于LED鎮(zhèn)流器、建筑物照明、顯示器背光、標(biāo)志和通道照明及作業(yè)燈等應(yīng)用。

圖4：原50 W鹵素臺燈、所用變壓器及改造后所用的LED及驅(qū)動電路板

為了展現(xiàn)LED的替代優(yōu)勢，安森美半導(dǎo)體近期對一款從市場上所購得的50 W鹵素臺燈進(jìn)行了改進(jìn)(見圖4)，它改用LED燈并采用安森美半導(dǎo)體的NCP1014開關(guān)穩(wěn)壓器再輔以適當(dāng)?shù)纳嵩O(shè)計后，光輸出更高，但能耗僅為原臺燈的1/9。實(shí)際上，安森美半導(dǎo)體改進(jìn)的這臺燈的總能耗甚至比基于變壓器的原鹵素臺燈的電能損耗更低(有關(guān)這轉(zhuǎn)換設(shè)計的詳情，請參見安森美半導(dǎo)體的設(shè)計白皮書TND358，網(wǎng)址：http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND358-D.PDF)。

值得一提的是，在照明應(yīng)用中，如果輸出功率要求高于25 W，LED驅(qū)動器則面臨著功率因數(shù)校正(PFC)的問題。在這類可能需要采用PFC控制器的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的解決方案是PFC控制器+PWM控制器的兩段式方案。這種方案支持模塊化，且認(rèn)證簡單，但在總體能效方面會有折衷，如假設(shè)交流-直流(AC-DC)段的能效為87%至90%，直流-直流(DC-DC)段能效為85%至90%，則總能效僅為74%至81%。隨著LED技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，這種架構(gòu)預(yù)計將轉(zhuǎn)化為更加優(yōu)化、更高能效的方案。根據(jù)要求的不同，有多種可供選擇的方案，如：PFC+非隔離降壓、PFC+非隔離反激或半橋LLC、NCP1651/NCP1652單段式PFC方案。

保護(hù)通用照明應(yīng)用中的LED

如前所述，LED是一種使用壽命極長的光源(可長達(dá)5萬小時)。除了需要針對具體的LED應(yīng)用選擇適合的LED驅(qū)動解決方案，還需要為LED提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，因?yàn)榕紶朙ED也會失效。其原因多種多樣，可能是因?yàn)長ED早期失效，也可能是因?yàn)榫植康慕M裝缺陷或是因瞬態(tài)現(xiàn)象導(dǎo)致失效。必須對這些可能的失效提供預(yù)防措施，特別是因?yàn)槟承?yīng)用屬于關(guān)鍵應(yīng)用(故障停機(jī)成本高)，或是安全攸關(guān)的應(yīng)用(如頭燈、燈塔、橋梁、飛行器、飛機(jī)跑道等)，或是在地理上難于接近的應(yīng)用(維護(hù)困難)等。在這方面，可以采用安森美半導(dǎo)體的NUD4700 LED分流保護(hù)解決方案。圖5是這種分流保護(hù)解決方案的應(yīng)用及原理示意圖。

在LED正常工作時，泄漏電流僅為近100 μA;而在遭遇瞬態(tài)或浪涌條件時，LED就會開路，這時NUD4700分流保護(hù)器所在的分流通道激活，所帶來的壓降僅為1.0 V，將帶給電路的影響盡可能地減小。這器件采用節(jié)省空間的小型封裝，設(shè)計用于1 W LED(額定電流為350 mA@ 3 V)，如果散熱處理恰當(dāng)，也支持大于1 A電流的操作。

圖5：安森美半導(dǎo)體NUD4700 LED開路分流保護(hù)器的應(yīng)用示意圖

總結(jié)：

LED所擁有的眾多優(yōu)勢使其在通用照明市場越來越受到青睞。安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅解決方案供應(yīng)商，不論是采用離線交流電源或是寬輸入范圍的直流-直流(DC-DC)電源供電的LED照明應(yīng)用，都能提供高能效的電源轉(zhuǎn)換控制及LED驅(qū)動解決方案，滿足相關(guān)應(yīng)用需求，并提供極高能效，支持節(jié)能環(huán)保的最新趨勢，受到客戶的推崇。