高能效LED道路照明驅(qū)動器設(shè)計

隨著LED在性能及成本幾乎各個方面的持續(xù)改進(jìn)，LED照明正在用于越來越寬的應(yīng)用領(lǐng)域，其中LED街燈就是業(yè)界關(guān)注的一個焦點。安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應(yīng)商，針對各類LED照明應(yīng)用提供豐富的驅(qū)動器、穩(wěn)壓器/穩(wěn)流器，及通信、光傳感器、MOSFET、整流器、保護(hù)、濾波器及熱管理產(chǎn)品等完整方案。本文將介紹一款用于LED街燈等應(yīng)用的28 V、3.3 A的離線高功率因數(shù)LED驅(qū)動器設(shè)計。這設(shè)計基于安森美半導(dǎo)體的NCL30001 LED驅(qū)動器及NCS1002恒壓恒流控制器，采用90至265 V交流電壓供電，提供最大90 W的輸出功率，具有高功率因數(shù)，同時符合相關(guān)諧波含量標(biāo)準(zhǔn)，并能夠配合脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光。

單段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)LED驅(qū)動器+次級端CVCC控制器組合

NCL30001是一種單段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)LED驅(qū)動方案，其靈活的特性非常適合應(yīng)用于新的LED照明產(chǎn)品。這款采用單段集成功率因數(shù)校正(PFC)和隔離型降壓交流-直流(AC-DC)電源轉(zhuǎn)換的離線式LED驅(qū)動器省去了專用PFC升壓段，可以減少元件數(shù)量，降低方案成本，配合提高LED電源系統(tǒng)總能效，用于LED街燈、低頂燈、外墻燈和建筑物照明等應(yīng)用。

NCL30001采用連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)工作，這種方案集成了PFC和隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換電路，并提供恒定電流來直接驅(qū)動LED。它相當(dāng)于將AC-DC轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動兩部分電路整合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，省去了LED光條中集成的線性或DC-DC轉(zhuǎn)換器。這種整體式方案的電源轉(zhuǎn)換段更少，減少元器件使用數(shù)量(如光學(xué)元件、LED、電子元件及印制電路板等)，降低系統(tǒng)成本，并支持更高的LED電源總體能效。當(dāng)然，這種方案的功率密度更高，可能并不適合所有區(qū)域照明應(yīng)用，其光學(xué)圖案可能更適合較低功率的LED，典型應(yīng)用包括LED街燈、外墻燈、洗墻燈及電冰箱箱體照明等。

NCL30001控制器的其他規(guī)格特性還包括高壓啟動電路、電壓前饋以改善環(huán)路響應(yīng)、輸入欠壓檢測、內(nèi)部過載定時器、閂鎖輸入，以及減少輸入線路諧波的高精度乘法器。安森美半導(dǎo)體還提供這器件的隔離型單段功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器評估板，用于要求直接恒流輸出的40 W到100 W功率范圍的應(yīng)用。電流可在0.7 A至1.5 A之間調(diào)節(jié)，配合更寬范圍的大功率高亮度LED。

NCS1002是一款次級端恒壓恒流(CVCC)控制器，適合LED街燈等區(qū)域照明應(yīng)用，配合NCL30001控制器更可以設(shè)計出高功效、具有調(diào)光功能的LED驅(qū)動器演示板。

基于NCL30001和NCS1002的90 W演示板

為了幫助工程師盡快實施照明設(shè)計，安森美半導(dǎo)體還提供90 W恒壓恒流演示板，它可接受90至265 Vac的擴(kuò)展通用輸入電壓(更換元件條件下可支持305 Vac)，提供0.7 A至1.5 A的恒定電流輸出范圍及30 V至55 V的恒定輸出電壓范圍(可通過電阻分壓器來選擇)，最大輸出功率90 W，支持50至1,000 Hz調(diào)光控制，并包含可連接至可選調(diào)光卡的6引腳接口，用于模擬電流調(diào)節(jié)/雙亮度等級數(shù)字調(diào)光等智能調(diào)光應(yīng)用。此外，這款演示板還提供短路保護(hù)、開路保護(hù)、過溫保護(hù)、過流保護(hù)及過壓保護(hù)等豐富保護(hù)特性。測試顯示，這演示板在50 W輸出功率、1,000 mA輸出電壓/48 V正向壓降條件的能效高于87%，在50%至100%負(fù)載條件下功率因數(shù)高于0.9，同時符合IEC61000-3-2 C類設(shè)備諧波含量標(biāo)準(zhǔn)。

圖1：演示板頂視圖

由于這種設(shè)計可以有標(biāo)準(zhǔn)NCL30001評估板(50V2A)相媲美的功率水平，電路原理的變化在于變壓器的設(shè)計，以及基于NCS1002的恒定電流/恒定電壓次級側(cè)控制電路。圖2所示為初級側(cè)電路。這個設(shè)計的反激變壓器源于原有設(shè)計的次級繞組，可以滿足新的最高電壓和電流要求。初級繞組所需的電感和整體結(jié)構(gòu)基本上相同。277 VAC輸入可以利用適當(dāng)?shù)念~定電壓來改變EMI輸入濾波器的“X”和“Y”電容器。[!--empirenews.page--]

圖2：NCL30001 CVCC 90 W演示板初級側(cè)原理圖

使用NCL30001連續(xù)導(dǎo)通模式功率因數(shù)校正單段反激式控制器，可以實現(xiàn)高架、隧道、停車場和道路照明等區(qū)域照明應(yīng)用的恒定電流LED驅(qū)動器。這種特殊設(shè)計是針對需要大于3A的驅(qū)動能力的LED而優(yōu)化的，如Luminus Devices公司的CSM360和SST90。這種設(shè)計可以支持多達(dá)8個SST90串聯(lián)或2個CSM360器件。CSM360 LED在驅(qū)動電流為3.2A條件下標(biāo)稱正向電壓為12.8 V，這取決于色溫和光通量可以產(chǎn)生1600-3900流明。

次級側(cè)控制電路如圖3所示。在本設(shè)計中，輸出電壓是由一個電阻率確定的，輸出電流也是基于一個電阻率設(shè)置的。因此，只有兩個電阻需要改變：一個是輸出電壓分壓器R34，另一個是電流設(shè)置電路的一部分的R32。此外，由于輸出電壓較低而輸出電流較高，增加了輸出電容，同時降低了電容器的額定電壓。

圖3：次級側(cè)原理圖

利用這個電路可以實現(xiàn)具有PWM調(diào)光輸入和可選調(diào)光卡的30 Vout LED驅(qū)動器CVCC次級檢測。

總結(jié)

高能效照明正在成為業(yè)界競逐的一個焦點。本文重點介紹安森美半導(dǎo)體針對LED街燈應(yīng)用的90 W LED驅(qū)動器設(shè)計，這設(shè)計提供高功率因數(shù)，符合IEC61000-3-2 C類設(shè)備諧波含量標(biāo)準(zhǔn)，并能配合PWM調(diào)光?？蛻衾冒采腊雽?dǎo)體的高能效產(chǎn)品及參考設(shè)計，能夠加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。