LED-驱动器方案选型实例

AC-DC、DC-DC、线性LED驱动器方案选型实例安森美半导体《AC-DC,DC-DC及线性LED驱动器方案选型实例》电子书[前言]随着LED在性能和成本等几乎各个方面的改进，其应用范围越来越广，除了已经开始小型移动设备背光、汽车内部照明和尾灯等应用中普及开来，还在加快向中大尺寸LCD背光以及通用照明市场渗透。对于通用照明设计工程师而言，需要为其应用选择适合的LED驱动器方案。但LED照明应用涉及到AC-DC、DC-DC或电池等不同供电电源，应用功率也大小有异，往往需要不同拓扑结构的驱动电源，这就会为设计工程师带来了挑战。此外，一些特定应用，如要求低电流的LED应用，也需要采用更优化的LED驱动解决方案。本电子书将重点分析AC-DC、DC-DC等不同LED驱动应用的设计要求，介绍安森美半导体相应的各种拓扑结构的LED开关驱动器方案。此外，还介绍安森美半导体专门针对低电流LED应用的新颖的恒流稳流器(CCR)方案，以及公司主要的线性LED驱动器方案。安森美半导体身为应用于高能效电子产品的首要高性能硅方案供应商，针对LED照明应用提供完整的系统方案，除了LED驱动器方案，还包括电源、通信、光传感器、MOSFET、整流器、保护、滤波器及热管理产品等。安森美半导体还提供数款高能效LED照明参考设计及GreenPoint®网上设计工具，帮助设计工程师更快地选择适合的LED驱动器方案，缩短设计周期，加快产品上市进程。1安森美半导体《AC-DC,DC-DC及线性LED驱动器方案选型实例》电子书目录第一章：低功率AC-DCLED通用照明设计挑战暨安森美半导体高能效方案.......................3低功率LED照明应用选择驱动器须考虑的因素.................................................................3改善低功率LED住宅照明应用能效的方案.........................................................................4应对更高功率因数及TRIAC调光挑战的方案....................................................................5后续方案展望...........................................................................................................................6小结：.......................................................................................................................................6第二章：应用于LED区域照明的电源、保护及联网方案.........................................................7LED街灯及区域照明驱动电源选择......................................................................................71)2)基于NCL30001的电流可调节恒流功率因数校正区域照明LED电源............7基于NCP1607和NCP1397的超高能效大功率LED街灯电源方案..............8增强LED串可靠性的保护方案.............................................................................................9构建联网的LED街灯智能控制系统.....................................................................................9小结：....................................................................................................................................10第三章：如何为不同DC-DCLED照明应用选择适合的高能效驱动器方案？.....................11LEDDC-DC开关稳压器拓扑结构......................................................................................11LEDDC-DC降压驱动器方案..............................................................................................11LEDDC-DC升压驱动器方案..............................................................................................13LEDDC-DC降压-升压驱动器方案....................................................................................13GreenPoint®网上设计仿真工具加快DC-DCLED照明设计........................................14小结：....................................................................................................................................14第四章：线性LED驱动器方案概览及其典型应用...................................................................15针对低电流LED驱动的线性CCR及应用示例................................................................15应用于可寻址标志、建筑物装饰光等应用的线性LED驱动器.......................................17小结：....................................................................................................................................19参考资料:.......................................................................................................................................202安森美半导体《AC-DC,DC-DC及线性LED驱动器方案选型实例》电子书第一章：低功率AC-DCLED通用照明设计挑战暨安森美半导体高能效方案近年来，照明已经成为世界各国推动节能环保所瞄准的一个重要领域。据统计，全球每年约有20%的电能用于照明，这些电能中又有约40%用于低效的白炽灯照明。而随LED在光输出性能、成本等几乎各个方面的持续改进，LED通用照明已经成为白炽灯等传统照明的一种极引人注目的替代解决方案。典型的LED通用照明应用包括电灯泡和荧光灯管替代、嵌灯、街灯及停车灯、工作照明灯(台灯、橱柜内照明)、景观照明、广告牌文字电路、建筑物照明等。LED街灯的功率较高，一般在50W至300W之间；LED建筑物及区域照明应用的功率一般在40W到125W之间，属于中等功率范围；30W以下的可统称作低功率LED照明应用，包括特定指向照明，如橱柜内照明、嵌灯、射灯PAR20/30/38灯光替代、台灯等，以及全向照明，如重点照明、家电、通用照明A型灯替代、装饰性灯具及吊扇灯等。本文将重点探讨30W以下功率的低功率LED通用照明应用，以及安森美半导体相应的高能效方案。图1：常见低功率LED照明应用。低功率LED照明应用选择驱动器须考虑的因素LED驱动器的主要功能，就是无论输入及输出条件如何变化，都能在工作条件范围下限制电流，其应用设计面临多种限制条件，如高能效(低损耗)、高性价比、宽环境条件、高可靠性、灵活、符合电磁干扰(EMI)及谐波含量等方面的标准、可改造用于已有应用及能采用传统控制方式工作等。要为低功率LED应用选择适合的驱动器并不容易，需要顾及不同的因素。例如，商业和住宅市场对LED灯具在工作温度、使用时长、性能及“能源之星”等行业标准方面的要求并不相同。此外，灯泡替代应用也存在着独特挑战，如LED电源及驱动器的热度限制、尺寸受限及兼容的调光技术等。就LED通用照明适用的标准而言，主要有美国“能源之星”要求的功率因数校正(PFC)标准以及欧盟的国际电工委员会(IEC)对总谐波失真的限制标准。其中，“能源之星”V1版灯具标准要求LED照明灯具具备PFC，适用于嵌灯、橱柜灯及台灯等特定产品，但与功率电平无关。这标准要求住宅应用的功率因数(PF)高于0.7，而商业应用高于0.9。这标准是自愿性标准，将于2011年9月实施。而“能源之星”的1.1版整体式LED灯泡标准已于2010年8月生效，要求输入功率高于5W的灯泡功率因数高于0.7。如前所述，为低功率LED照明应用选择适合的驱动器须考虑众多因素，这其中，3安森美半导体《AC-DC,DC-DC及线性LED驱动器方案选型实例》电子书有关功率因数等行业标准尤为重要。接下来，我们以安森美半导体的相关产品为例，探讨如何在低功率照明应用中提供高功率因数。改善低功率LED住宅照明应用能效的方案以住宅照明的台灯和橱柜灯等应用为例，功率一般在3W到8W之间。这样的低功率应用最适合采用隔离型反激拓扑结构。但传统离线反激电源转换器在开关稳压器前面采用全波整流桥及大电容，这种配置的功率利用率或输入线路波形的PF较低，仅在0.5至0.6的范围。这就要引入PFC。如可在反激转换器前采用NCP1607B这样的有源PFC，能提供高于0.98的PF，但增加了元件数量及复杂性，且最适合的功率远高于本应用要求。无源PFC方案众多，可改善PF，但通常都使用较多额外元件，增加成本及电路板占用空间，并降低可靠性。图2：改善了功率因数的NCP1014应用电路图。实际上，高功率因数通常需要正弦线路电流，且要求线路电流及电流之间的相位差极小。修改传统设计的第一步就是在开关段前获得极低电容，从而支持更贴近正弦波形的输入电流。这使整流电压跟随线路电压，产生更合意的正弦输入电流，反激转换器的输入电压就以线路频率的2倍跟随整流正弦电压波形。如果输入电流保持在相同波形，功率因数就高。安森美半导体的NCP1014自供电单片开关稳压器采用固定频率工作，电流不能上升到高于某个特定点；这个点由输入电压及开关周期或导电时间结束前的初级电感来确定。由于导电时间的限制，输入电流将跟随输入电压的波形，从而提供更高的功率因数。图3：基于NCP1014的演示板在20℃环境温度及8.0W输出功率下提供更高功率因数。4安森美半导体《AC-DC,DC-DC及线性LED驱动器方案选型实例》电子书应对更高功率因数及TRIAC调光挑战的方案要针对低功率L