大功率LED区域照明驱动方案【上】

大功率LED区域照明驱动方案【上】LED越来越多地开始被用于大功率区域照明，如高顶灯、停车库照明、洗墙灯、街灯、隧道照明等。随着LED照明技术的不断演进，应用于大功率LED区域照明应用的驱动方案需要不断更新、改进，使LED控制达到新高度，实现智能控制，增强节能和延长LED工作寿命。本期大讲台将在介绍LED区域照明应用的要求及LED区域照明电源架构的基础之上，重点介绍安森美半导体在大功率LED区域照明方面的一些典型驱动方案，以帮助工程师进行大功率LED区域照明设计。LED区域照明应用要求LED驱动器的主要功能就是在多种条件下限流，并保护LED免受浪涌及其它故障条件影响，以及提供某种等级的安全性，避免(电气和/或机械方式的)震动及着火，可能需要“智能”控制光输出等级，来配合远程控制、监控及保护。对于区域照明应用而言，室外环境会给LED驱动器带来温度挑战，且可能需要承受277Vac、347Vac或者甚至480Vac等比标准电压更高的交流输入电压。区域照明应用的LED驱动器可能还需要符合某些有关功率因数或谐波含量的规范标准。如欧盟的国际电工联盟(IEC)的IEC61000-3-2标准对功率超过25W的照明设备(C类)的谐波含量提出了要求，相当于总谐波失真(THD)低于35%；但符合IEC61000-3-2C类谐波含量要求并不必然表示功率因数(PF)高于0.9。电子元件技术网上相关资讯某些市场(如美国)通常要求PF高于0.9及THD低于20%。很多区域照明应用都在室外，可能会经受各种严格温度条件，从而使总体使用寿命受到影响。而总体系统设计对使用寿命有重要影响，故使用内部发热较少、损耗更低的高能效LED驱动器非常重要，而且在设计中要对驱动器与LED热源进行热隔离，从而增强系统可靠性。区域照明驱动器示例如图1所示。图1区域照明驱动器示例LED区域照明电源架构LED区域照明电源需要很多颗1WLED来产生所要求的流明输出(40到超过100颗)，要可以调节设计以用于多种不同的光等级，此外，街灯要求特殊的光分布，对光电器件有要求。大功率LED区域照明应用中，一种常见的电源架构是“功率因数校正(PFC)+恒压(CV)+恒流(CC)”的三段式架构。这种架构中，交流输入电源经过功率因数校正和隔离型直流-直流(DC-DC)转换后，输出24至80Vdc的固定电压，提供给后面内置DC-DC降压转换电路的恒流LED模块(见图2)。这种架构的设计提供了能够现场升级的模块化途径，可根据实际需求，灵活改变LED光条数量，从而增加或减小光输出，满足具体区域照明应用要求。图2典型的模块化LED区域照明电源架构示意图典型大功率LED区域照明驱动方案1）适合线性灯、线槽灯等应用的分布式/模块化方案在“功率因数校正(PFC)+恒压(CV)+恒流(CC)”的三段式架构下，交流-直流(AC-DC)转换与LED驱动电路并未集成在一起，而是采用分布式配置，既简化安全考虑又增强系统灵活性，也称作分布式方案，典型应用包括线性灯及线槽灯等。在模块化途径下，一项设计能够扩展用于多种光输出等级。而且随着LED光输出性能增强，LED模块要提供相同光输出等级，所需采用的灯条就更好。而每个灯条都设有一个专用的DC-DCLED驱动器，如可以采用安森美半导体的CAT4201高能效降压LED驱动器。CAT4201专门优化用于驱动大电流LED，采用具有专利的开关控制算法，提供高能效及精确的LED稳流(可达350mA)。CAT4201的工作简化框图如图3所示。图3CAT4201工作简化框图【供图】CAT4201可采用最高36V的电源电压供电，并兼容于12V和24V标准照明系统。图4显示的是CAT4201的高压LED驱动器配置，外围的N沟道MOSFET支持高压输入：100V输入电压时LED功率达30W；50V输入时LED功率达13W。图4CAT4201高压LED驱动器配置典型高压降压LED驱动器性能如图5所示，从图中可以看出当Vf/Vin大于0.8时，CAT4201可以提供93%至95%范围的能效。图5典型高压降压LED驱动器性能