不同功率LED照明如何选择适合的LED驱动电源

不同功率LED照明如何选择适合的LED驱动电源本文旨在探讨LED通用照明市场不同功率范围及不同电源供电应用的要求,以及适用的LED驱动器及相关元器件,帮助照明设计工g师尽择适合的元器件方案，加快上市进程近年来，高亮度发光二极管HB-LED市场快速发展LED光效不断增高，平均每流明光输出的成本也持续下降，使其应用范围不断拓宽，除了已经在屏幕尺寸小于4英寸的便携设备背光及体育场馆大型显示屏等应用中占据主导地位，更向汽车、中大尺寸液晶显示器LCD背光及通用照明等市场渗透，发展前景非常可观以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、建筑物照明等通用照明市场为例，据估计，当前LED照明或称固态照明，英文简称SSL的应用比例低于1%,2008年LED驱动器及相关分立器件的市场规模SAM仅为约

6.88亿美元，预计到2012年市场规模将增长至

13.08亿美元，年复合增长率高达

17.4也因此，LED通用照明成为热点市场不同功率//也供电LED通用照明应用要求及方案不同功率的交流-直流AC/DC LED照明应用所适合的电源拓扑结构各不相同如在功率低于80W的应用中，反激拓扑结构是标准选择；而在讲究高能效的应用中，谐振半桥双电感加单电容HB LLC是首选安森美半导体提供覆盖宽广功率范围的AC/DC LED照明方案，表1列举了几种典型的安森美半导体AC/DC LED照明方案表L安森美半导体典型AC/DC LED通用照明解决方案从应用的功率等级来看，AC/DC供电的LED通用照明应用包括低功率、中等功率和大功率等不同类型低功率应用的功率范围通常在1到12W之间，中等功率涵盖8到40W范围，大功率应用的功率常高于40W11W至8W LED通用照明应用要求及方案在1W到8W的低功率LED通用照明方面，典型应用如G

13、GU

10.PAR

16、PAR20和嵌灯等这类应用的输入电压范围在交流90至264V之间，恒流输出电流包括350mA和700mA两种，能效要求为80%,并要求提供短路保护和过压保护等保护特性在这类应用中，可以采用安森美半导体的NCP1015自供电单片开关控制IC这器件集成了固定频率65/100/130kHz电流模式控制器和700V的高压MOSFET,提供构建强固的低成本电源所需的全部特性，如软启动、频率抖动、短路保护、跳周期、最大峰值电流设定点及动态自供电功能无需辅助绕组等值得一提的是，NCP1015在1W到8W LED照明应用中，既可以用于隔离型方案，也可用于非隔离型方案，满足客户的不同应用需求这两种方案的成本差不多但隔离型方案采用变压器实现电气隔离，方案中包含简单的反馈电路和用于负载开路及故障保护的钳位电路，安全性高，更适合于需求通过安规因正的应用非隔离型方案采用抽头电感来隔离交流值号，能提高MOSFET工作的占空比，提高系统能效及电路性能图1基于安森美半导体NCP1015的1至8W隔离型a及非隔离型b LED照明方案上述基于NCP1015的隔离型及非隔离型方案均不含在9但安森美半导体也提供含PFC的NCP1015/NCP1014方案，为客户提供更多选择28W至25W LED通用照明应用要求及方案无PFC与有PFC在825W AC/DC LED照明应用中，我们要考虑两种情况一种是应用不要求功率〜因数校正PFC另一方面，美国能源部DOE“能源之星”固态照明SSL规范规定任何功率等级皆须强制提供功率因数校正PFC这标准适用于一系列特定产品,如嵌灯、橱柜灯及台灯，其中，住宅应用的LED驱动器功率因数须大于

0.7,而商业应用中则须大于

0.9但这标准属于自愿性标准，即可选择不遵从或遵从因此，要考虑的另一种情况是要求PFC不需要PFC的8W到25W AC/DC LED照明方面，典型应用如PAR

30、PAR38和嵌灯在这类应用中，输入电压要求为85135Vac或185264Vac或通用输入，能效〜〜要求大于80%,提供短路保护及开路保护等保护特性，恒流输出电流为350mA、700mA及1A等不同电流相应地，可以采用安森美半导体的NCP1028或NCP1351,见图2图2基于NCP1028和NCP1351的8-15/25W AC/DC LED照明方案无PFC其中，NCP1028是一款增强型单片开关控制IC,提供800mA峰值电流，还提供过功率保护、内置斜坡补偿及输入欠压保护等特性，适用于在通用宽电源输入的应用中提供几瓦至15W的输出功率除了基于NCP1028的无PFC方案，安森美半导体现也提供基于NCP1028的有PFC的方案NCP1351则是一款固定导通时间、可变关闭时间脉宽调制PWM控制器，适用于成本至关重要的低功率离线反激开关电源应用这器件支持频率反走，还具有闩锁输入、自然的频率抖动、负电流感测及扩展的电源电压范围等特性在要求PFC的8W到25W AC/DC LED照明方面，典型应用同样是PAR

30、PAR38和嵌灯这类应用的输入电压规格为90至264Vac,能效要求80%,支持350mA、700mA及1A恒流输出，提供短路及过压保护，功率因数要求高于09这类应用适合采・用安森美半导体的NCL30000单段式功率因数校正LED驱动器单段式拓扑结构省下专用PFC升压段，减少元器件数量，帮助降低系统总成本NCL30000提供高于

0.9的功率因数，满足IEC C类谐波含量要求这器件能够直接驱动LED,带精确恒流输出控制，在5至15W的较低输出功率时能效高于80%,典型能效高于83%,并支持TRIAC等现有调光方案图3基于NCL30000的8-25W AC/DC LED照明方案（有PFC）350W至200W LED通用照明应用要求及方案功率高于50W的AC/DC LED应用广泛用于街道照明及大功率区域照明，可以采用不同的LED方案，用于50150W或100W-200W的功率范围假定其输入电压规格〜为90—264Vac,功率因数高于

0.9,能效大于85%,提供短路及过压保护，及350mA、700mA和1A的恒流输出此类应用可以采用下述不同方案，适应不同需求NCL30001单段式PFC LED驱动器;NCP1607+NCP1377CrM PFC+QR PWM；NCP1607+NCP1397或NCP1392/3CrM PFC+LLC PWM图4基于NCL30001的40-150W AC/DC LED照明方案以NCL30001为例，这是一款电流连续模式CCM控制器，用于40W到150W功率范围的单段式功率因数校正LED驱动器这器件支持20到250kHz的可调节开关频率，支持频率抖动和电压前馈，包含输入欠压和过载定时器,提供高能效和高功率因数及强固的保护特性，图4是NCL30001的典型应用电路图值得一提的是，近年来，业界对超高能效的LED照明拓扑结构兴趣日浓，期望在相对较低的功率电平不同功率不/DC供电LED通用照明应用要求及方案对于直流-直流DC/DC供电的LED照明应用而言，同样可以根据不同功率范围来展开讨论413W DC/DC LED降压应用典型13W DC/DC LED降压照明应用包括MRH/MR

16、〜〜汽车照明、太阳能供电等这类应用的输入电压为5到28Vdc,支持350mA和700mA恒流输出，频率达500kHz至2MHz,能效不低于90%,工作温度范围为-40°至125℃在这类应用中，可以采用安森美半导体的CAT4201降压LED驱动器这器件拥有专利的开关控制架构，可驱动7颗串联LED24V输入时，能效高达94%,并提供LED开路保护、限流和过热保护等保护特性图5CAT420113W DC/DC LED方案〜5130W DC/DC LED降压应用〜典型130W DC/DC LED降压应用包括MR16射灯、街道照明中的次级端DC/DC LED〜驱动器这类应用中，输入电压范围为7至120Vdc,输出电压范围为6至110Vdc,支持350mA、700mA或1A恒流输出，能效不低于90%这类应用可以采用安森美半导体的NCL30100降压LED驱动器，这器件外置开关MOSFET,提供灵活的输入电压和输出电流设计，能效高于95%,其应用电路图参见图6a o图6基于NCL30010的1-30W LED降压应用和基于NCP3066的3-20W LED升压应用6120W DC/DC LED升压应用典型320W DC/DC LED升压应用常见于DC/DC LED〜〜驱动器这类应用的输入电压为5至28Vdc,支持350mA或700mA恒流输出，能效不低于90%这类应用可以采用安森美半导体的NCP3065/NCP3066LED驱动器NCP3065/NCP3066能够配置为降压、升压、单端初级电感转换蛰SEEIC和逆变器等不同模式，并提供相应的汽车应用版本，即NCV3065/NCV3066图6b显示的是NCP3066的升压配置LED应用电路图713W手电筒LED升压/降压应用13W手电筒LED应用中既有升压型，也有降〜〜压型升压型应用的输入电压范围为1至

2.5Vdc,工作频率达

1.2MHz；降压型应用的输入电压范围为4至

5.5Vdc,频率达

1.7MHz两类应用都需支持350mA或600mA恒流输出，能效高于90%在1-3W手电筒升压LED应用可采用安森美半导体的NCP1421升压DC/DC转换器，同等功率范围的手电筒降压LED应用可以采用安森美半导体的NCP1529低压降压转换器,应用电路图分别如图7a和图7b所示图7基于NCP1421的升压型和基于NCP1529的降压型13W手电筒LED应用〜特别适合低电流LED照明应用的线性恒流稳流器前文根据不同的供电类型，探讨了不同功率范围LED应用的要求及适合采用的驱动电源方案但纵观不同的LED照明应用，可以发现有一类应用侧重于低电流应用，典型应用如商业和工业标识牌、汽车停车灯和尾灯，以及建筑物和装饰照明等这类低电流LED应用常见的驱动方案包括低压降线性稳压器和电阻等这两种驱动方案各有其优劣势有利的是，安森美半导体利用正申请专利的自偏置晶佳萱（SBT）技术，结合自身超强的工艺控制能力，推出一种新的低电流LED驱动方案——NSI45系列双端和三端线性恒流稳流器（CCR）这种方案比线性稳压器更简单，且成本更低，但性能相比电阻方案又大幅提升，填补了市场空隙NSI45系列提供众多优势，如在宽电压范围下保持亮度恒定，输入电压较高时保护LED免受过驱动影响，输入电压较低时仍使LED较亮，帮助减少或消除LED编码库存，以及帮助降低系统总成本等，非常适合低电流LED电流应用LED照明应用中的其它产品及方案众所周知，LED照明系统较为复杂，涉及光学、电和热等不同范畴安森美半导体身为应用于绿色电子产品的首要高性能、高能效硅方案供应商，提供完整的LED照明解决方案，除了驱动电源外，还包括通信、光传感器、MOSFET,整流器、保护、滤波器和热管理产品,参见图8例如，LED环境光及街灯强度控制、LED背光强度控制和显示屏白平衡控制等应用需要能耗极低的环境光传感器，并要求光传感器支持精确的低光等级工作，特别是在存在滤光的情况下在这类应用中，安森美半导体提供包括光传感器、LED驱动器及高速12c接口的光电产品组合,其中的光传感器产品包括N0A1211（模拟输出）、N0A1302（数字输出）和N0A1305（数字输出）等这些光传感器的工作电流极低，在100流明光输出条件下分别仅为58nA、550uA和115P Ao此外，LED街灯等应用为了降低后期维护成本，可在应用中增加保护器件，如采用安森美半导体的NUD4700,在发生LED开路故障条件时提供旁路电流，保证其它LED正常工作，且恰当处理散热的话，还可支持大于1A电流另外，在智能电网趋势下,工程师还可以在LED联网街灯应用中采用安森美半导体的AMIS-30585和AMIS-49587电力线载波（匹调制解调器及NCS5650PLC线路驱动器等产品除此之外，安森美半导体的BC858CDXV6T1G双极结晶体管（BJT）也可用于在LED照明应用的低能耗恒流感测图8安森美半导体能为LED照明应用提供完成光电组合产品解决方案本文小结随着高性价比、超高亮度LED的出现，固态照明近年来快速发展相应地，照明设计工程师需要根据供电电源、灯具、功率范围和LED配置等情况，选择不同的LED驱动电源解决方案安森美半导体从系统角度出发，提供考虑电、热和光等多种因素的高可靠性产品，包括丰富的AC/DC和DC/DC供电高能效LED驱动解决方案，以及光传感器、滤波、保护及联网等产品，为客户提供完整的LED照明解决方案安森美半导体身为全球领先的高性能、高能效硅方案供应商，提供涵盖1至数百瓦功率范围的LED照明驱动及PFC解决方案，而无论LED照明应用采用何种的是AC/DC电源、DC/DC电源或是LED手电筒所采用的电池，并满足客户对低成本、高性价比、高能效或是选择是否增加PFC的不同要求。