不同功率AC/DC供電LED通用照明應用要求及方案

不同功率的交流-直流(AC/DC) LED照明應用所適合的電源拓撲結構各不相同。如在功率低於80W的應用中，反激拓撲結構是標準選擇；而在講究高能效的應用中
，諧振半橋雙電感加單電容(HB LLC)是首選。安森美半導體提供覆蓋寬廣功率範圍的AC/DC LED照明方案
，表1列舉了幾種典型的安森美半導體AC/DC LED照明方案。

表1：安森美半導體典型AC/DC LED通用照明解決方案

從應用的功率等級來看
，AC/DC供電的LED通用照明應用包括低功率
、中等功率和大功率等不同類型。低功率應用的功率範圍通常在1到12W之間，中等功率涵蓋8到40W範圍，大功率應用的功率常高於40W。

1W至8W LED通用照明應用要求及方案

在1W到8W的低功率LED通用照明方麵，典型應用如G13
、GU10
、PAR16、PAR20和嵌燈等。這類應用的輸入電壓範圍在交流90至264V之間
，恒流輸出電流包括350mA和700mA兩種
，能效要求為80%，並要求提供短路保護和過壓保護等保護特性。

在這類應用中

，可以采用安森美半導體的NCP1015自供電單片開關控製IC。這器件集成了固定頻率(65/100/130kHz)電流模式控製器和700V的高壓MOSFET，提供構建強固的低成本電源所需的全部特性
，如軟啟動、頻率抖動、短路保護、跳周期
、最大峰值電流設定點及動態自供電功能(無需輔助繞組)等。

值得一提的是

，NCP1015在1W到8W LED照zhao明ming應ying用yong中zhong，既ji可ke以yi用yong於yu隔ge離li型xing方fang案an，也ye可ke用yong於yu非fei隔ge離li型xing方fang案an

，滿man足zu客ke戶hu的de不bu同tong應ying用yong需xu求qiu。這zhe兩liang種zhong方fang案an的de成cheng本ben差cha不bu多duo。但dan隔ge離li型xing方fang案an采cai用yong變bian壓ya器qi實shi現xian電dian氣qi隔ge離li，方fang案an中zhong包bao含han簡jian單dan的de反fan饋kui電dian路lu和he用yong於yu負fu載zai開kai路lu及ji故gu障zhang保bao護hu的de鉗qian位wei電dian路lu，安an全quan性xing高gao
，更geng適shi合he於yu需xu求qiu通tong過guo安an規gui認ren證zheng的de應ying用yong。非fei隔ge離li型xing方fang案an采cai用yong抽chou頭tou電dian感gan來lai隔ge離li交jiao流liu信xin號hao

，能neng提ti高gaoMOSFET工作的占空比
，提高係統能效及電路性能。

圖1：基於安森美半導體NCP1015的1至8W隔離型(a)及非隔離型(b) LED照明方案

上述基於NCP1015的隔離型及非隔離型方案均不含PFC，但安森美半導體也提供含PFC的NCP1015/NCP1014方案，為客戶提供更多選擇。

8W至25W LED通用照明應用要求及方案：無PFC與有PFC

在8～25W AC/DC LED照明應用中，我們要考慮兩種情況。一種是應用不要求功率因數校正(PFC)。另一方麵，美國能源部(DOE)“能源之星”固態照明(SSL)規範規定任何功率等級皆須強製提供功率因數校正(PFC)。這標準適用於一係列特定產品，如嵌燈、櫥櫃燈及台燈，其中
，住宅應用的LED驅動器功率因數須大於0.7
，而商業應用中則須大於0.9。但這標準屬於自願性標準
，即可選擇不遵從或遵從。因此
，要考慮的另一種情況是要求PFC。

不需要PFC的8W到25W AC/DC LED照明方麵，典型應用如PAR30、PAR38和嵌燈。在這類應用中，輸入電壓要求為85~135 Vac或185~264Vac(或通用輸入)，能效要求大於80%，提供短路保護及開路保護等保護特性，恒流輸出電流為350mA、700mA及1A等不同電流。相應地
，可以采用安森美半導體的NCP1028或NCP1351

，見圖2。

圖2：基於NCP1028和NCP1351的8-15/25W AC/DC LED照明方案(無PFC)

其中，NCP1028是一款增強型單片開關控製IC，提供800mA峰值電流，還提供過功率保護、內置斜坡補償及輸入欠壓保護等特性，適用於在通用寬電源輸入的應用中提供幾瓦至15W的輸出功率。除了基於NCP1028的無PFC方案，安森美半導體現也提供基於NCP1028的有PFC的方案。NCP1351則是一款固定導通時間
、可變關閉時間脈寬調製(PWM)控製器
，適用於成本至關重要的低功率離線反激開關電源應用。這器件支持頻率反走
，還具有閂鎖輸入、自然的頻率抖動、負電流感測及擴展的電源電壓範圍等特性。

在要求PFC的8W到25W AC/DC LED照明方麵，典型應用同樣是PAR30、PAR38和嵌燈。這類應用的輸入電壓規格為90至264Vac，能效要求80%

，支持350mA、700mA及1A恒流輸出，提供短路及過壓保護，功率因數要求高於0.9。這類應用適合采用安森美半導體的NCL30000單段式功率因數校正LED驅動器。單段式拓撲結構省下專用PFC升壓段
，減少元器件數量，幫助降低係統總成本。NCL30000提供高於0.9的功率因數，滿足IEC C類諧波含量要求。這器件能夠直接驅動LED，帶精確恒流輸出控製，在5至15W的較低輸出功率時能效高於80%，典型能效高於83%
，並支持TRIAC等現有調光方案。

圖3：基於NCL30000的8-25 W AC/DC LED照明方案(有PFC)

50W至200W LED通用照明應用要求及方案

功率高於50W的AC/DC LED應用廣泛用於街道照明及大功率區域照明，可以采用不同的LED方案
，用於50～150W或100W -200W的功率範圍。假定其輸入電壓規格為90--264 Vac，功率因數高於0.9，能效大於85%
，提供短路及過壓保護，及350mA、700mA和1A的恒流輸出。此類應用可以采用下述不同方案，適應不同需求：

NCL30001：單段式PFC LED驅動器；
NCP1607+NCP1377：CrM PFC+ QR PWM；
NCP1607+NCP1397或NCP1392/3：CrM PFC+ LLC PWM。

圖4：基於NCL30001的40-150 W AC/DC LED照明方案

以NCL30001為例，這是一款電流連續模式(CCM)控製器，用於40W到150W功率範圍的單段式功率因數校正LED驅動器。這器件支持20到250 kHz的可調節開關頻率，支持頻率抖動和電壓前饋，包含輸入欠壓和過載定時器
，提供高能效和高功率因數及強固的保護特性

，圖4是NCL30001的典型應用電路圖。

值得一提的是，近年來，業界對超高能效的LED照明拓撲結構興趣日濃，期望在相對較低的功率電平(<50 W)提供高於90%的能效，這個能效目標甚至比“能源之星”2.0版外部電源能效要求(功率不超過49W時能效高於87%)更高。要達到這樣高的能效，需要采用新的拓撲結構
，如從反激拓撲結構轉向諧振半橋拓撲結構
，從而充分發揮零電壓開關(ZVS)的優勢。有利的是，安森美半導體早已著手開發能用於LED驅動電源的高能效半橋解決方案，如NCP1396及其升級版NCP1397高性能諧振模式控製器。NCP1397內置高端和低端驅動器，支持可調節及精確的最低頻率，提供極高能效

，並具備多種故障保護特性。

不同功率DC/DC供電LED通用照明應用要求及方案

對於直流-直流(DC/DC)供電的LED照明應用而言
，同樣可以根據不同功率範圍來展開討論。

1～3W DC/DC LED降壓應用

典型1～3W DC/DC LED降壓照明應用包括MR11/MR16、汽車照明
、太陽能供電等。這類應用的輸入電壓為5到28 Vdc，支持350mA和700mA恒流輸出，頻率達500kHz至2MHz
，能效不低於90%，工作溫度範圍為-40℃至125℃。在這類應用中，可以采用安森美半導體的CAT4201降壓LED驅動器。這器件擁有專利的開關控製架構

，可驅動7顆串聯LED(24V輸入時)，能效高達94%，並提供LED開路保護
、限流和過熱保護等保護特性。

圖5：CAT4201 1～3W DC/DC LED方案

1～30W DC/DC LED降壓應用

典型1～30W DC/DC LED降壓應用包括MR16射燈、街道照明中的次級端DC/DC LED驅動器。這類應用中，輸入電壓範圍為7至120 Vdc，輸出電壓範圍為6至110 Vdc，支持350mA、700mA或1A恒流輸出，能效不低於90%。這類應用可以采用安森美半導體的NCL30100降壓LED驅動器

，這器件外置開關MOSFET，提供靈活的輸入電壓和輸出電流設計，能效高於95%，其應用電路圖參見圖6(a)。

圖6：基於NCL30010的1-30W LED降壓應用和基於NCP3066的3-20W LED升壓應用

1～20W DC/DC LED升壓應用

典型3～20W DC/DC LED升壓應用常見於DC/DC LED驅動器。這類應用的輸入電壓為5至28Vdc，支持350mA或700mA恒流輸出
，能效不低於90%。這類應用可以采用安森美半導體的NCP3065/NCP3066 LED驅動器。NCP3065/NCP3066能夠配置為降壓、升壓、單端初級電感轉換器(SEPIC)和逆變器等不同模式，並提供相應的汽車應用版本，即NCV3065/NCV3066。圖6(b)顯示的是NCP3066的升壓配置LED應用電路圖。

1～3W手電筒LED升壓/降壓應用

1～3W手電筒LED應用中既有升壓型
，也有降壓型。升壓型應用的輸入電壓範圍為1至2.5 Vdc

，工作頻率達1.2MHz；降壓型應用的輸入電壓範圍為4至5.5 Vdc
，頻率達1.7MHz。兩類應用都需支持350mA或600mA恒流輸出，能效高於90%。在1-3 W手電筒升壓LED應用可采用安森美半導體的NCP1421升壓DC/DC轉換器

，同等功率範圍的手電筒降壓LED應用可以采用安森美半導體的NCP1529低壓降壓轉換器
，應用電路圖分別如圖7(a)和圖7(b)所示。

圖7：基於NCP1421的升壓型和基於NCP1529的降壓型1～3W手電筒LED應用

特別適合低電流LED照明應用的線性恒流穩流器

前文根據不同的供電類型，探討了不同功率範圍LED應用的要求及適合采用的驅動電源方案。但縱觀不同的LED照明應用

，可以發現有一類應用側重於低電流應用，典型應用如商業和工業標識牌、汽車停車燈和尾燈，以及建築物和裝飾照明等。這類低電流LED應用常見的驅動方案包括低壓降線性穩壓器和電阻等。這兩種驅動方案各有其優劣勢。
有利的是，安森美半導體利用正申請專利的自偏置晶體管(SBT)技術，結合自身超強的工藝控製能力
，推出一種新的低電流LED驅動方案——NSI45係列雙端和三端線性恒流穩流器(CCR)。這種方案比線性穩壓器更簡單，且成本更低
，但性能相比電阻方案又大幅提升，填補了市場空隙。NSI45係列提供眾多優勢，如在寬電壓範圍下保持亮度恒定
，輸入電壓較高時保護LED免受過驅動影響，輸入電壓較低時仍使LED較亮，幫助減少或消除LED編碼庫存，以及幫助降低係統總成本等，非常適合低電流LED電流應用。

LED照明應用中的其它產品及方案

眾所周知，LED照明係統較為複雜
，涉及光學、電和熱等不同範疇。安森美半導體身為應用於綠色電子產品的首要高性能、高能效矽方案供應商，提供完整的LED照明解決方案，除了驅動電源外
，還包括通信

、光傳感器
、MOSFET
、整流器、保護

、濾波器和熱管理產品
，參見圖8。

例如
， LED環境光及街燈強度控製、LED背(bei)光(guang)強(qiang)度(du)控(kong)製(zhi)和(he)顯(xian)示(shi)屏(ping)白(bai)平(ping)衡(heng)控(kong)製(zhi)等(deng)應(ying)用(yong)需(xu)要(yao)能(neng)耗(hao)極(ji)低(di)的(de)環(huan)境(jing)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)，並(bing)要(yao)求(qiu)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)支(zhi)持(chi)精(jing)確(que)的(de)低(di)光(guang)等(deng)級(ji)工(gong)作(zuo)
，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)存(cun)在(zai)濾(lv)光(guang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)。在(zai)這(zhe)類(lei)應(ying)用(yong)中(zhong)
，安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)提(ti)供(gong)包(bao)括(kuo)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)、LED驅動器及高速I2C接口的光電產品組合

，其中的光傳感器產品包括NOA1211(模擬輸出)、NOA1302(數字輸出)和NOA1305(數字輸出)等。這些光傳感器的工作電流極低，在100流明光輸出條件下分別僅為58μA
、550μA和115μA。

此外，LED街燈等應用為了降低後期維護成本，可在應用中增加保護器件，如采用安森美半導體的NUD4700
，在發生LED開路故障條件時提供旁路電流，保證其它LED正常工作
，且恰當處理散熱的話
，還可支持大於1A電流。另外，在智能電網趨勢下
，工程師還可以在LED聯網街燈應用中采用安森美半導體的AMIS-30585和AMIS-49587電力線載波(PLC)調製解調器及NCS5650 PLC線路驅動器等產品。除此之外，安森美半導體的BC858CDXV6T1G雙極結晶體管(BJT)也可用於在LED照明應用的低能耗恒流感測。

圖8：安森美半導體能為LED照明應用提供完成光電組合產品解決方案

隨著高性價比
、超高亮度LED的出現，固態照明近年來快速發展。相應地

，照明設計工程師需要根據供電電源、燈具、功率範圍和LED配置等情況
，選擇不同的LED驅動電源解決方案。安森美半導體從係統角度出發，提供考慮電
、熱和光等多種因素的高可靠性產品，包括豐富的AC/DC和DC/DC供電高能效LED驅動解決方案
，以及光傳感器

、濾波、保護及聯網等產品



，為客戶提供完整的LED照明解決方案。

安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效矽方案供應商，提供涵蓋1至數百瓦功率範圍的LED照明驅動及PFC解決方案
，而無論LED照明應用采用何種的是AC/DC電源
、DC/DC電源或是LED手電筒所采用的電池
，並滿足客戶對低成本、高性價比、高能效或是選擇是否增加PFC的不同要求。