用于LED路燈的高能效驅(qū)動電源方案

隨著全球各國政府對LED照明扶持力度的加劇，LED產(chǎn)品價格的進(jìn)一步降低，LED照明市場近幾年來得到了井噴式的發(fā)展。LED路燈是其中一個重要應(yīng)用，其高能效、環(huán)保、節(jié)能、便于控制等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)使得其取代傳統(tǒng)路燈的趨勢越來越明顯。不同于室內(nèi)LED照明產(chǎn)品，LED路燈往往功率較大，而室外應(yīng)用環(huán)境更具復(fù)雜性，如何高效可靠驅(qū)動LED路燈成為設(shè)計的要點(diǎn)。

積極推動高能效創(chuàng)新的安森美半導(dǎo)體充分利用在電源領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，為LED路燈驅(qū)動設(shè)計提供滿足各類規(guī)范要求的高能效方案，包括PFC段及主功率級的器件。

功率因數(shù)校正（PFC）預(yù)升壓轉(zhuǎn)換段方案

目前世界主要國家和機(jī)構(gòu)都對LED驅(qū)動器在功率因數(shù)或總諧波失真上提出了相應(yīng)的規(guī)范，比如國際電工委員會提出的IEC 61000-3-2、歐盟的EN61000-3-2、日本的JIC-C-61000-3-2、中國的GB 17625.1等標(biāo)準(zhǔn)。美國“能源之星”對功率大于5 W等級的固態(tài)照明燈具都有功率因數(shù)的要求，家用驅(qū)動器功率因數(shù)需大于0.7，商用驅(qū)動器功率因數(shù)需大于0.9,而在路燈的應(yīng)用中，對功率因數(shù)的要求通常會大于0.95。

為了滿足大功率LED路燈電源設(shè)計在功率因數(shù)以及諧波含量限制方面的要求，安森美半導(dǎo)體提供三種工作模式的PFC方案選擇：連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM），如NCP1654；臨界導(dǎo)電模式（CrM），如NCP1608;頻率鉗位臨界導(dǎo)電模式（FCCrM），如NCP1605。

圖1.安森美半導(dǎo)體提供三種模式的功率因數(shù)校正（PFC）方案

其中，NCP1654的主要特性包括：采用平均電流控制模式；快速瞬態(tài)響應(yīng)；采用SO-8封裝，只需極少的外部元器件；低起動電流（<75 uA）；±1.5 A推拉輸出電路門驅(qū)動；具備突波電流檢測、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、開環(huán)保護(hù)，以及精確的過流、過功率限制功能，為電路提供強(qiáng)固的保護(hù)功能。

主功率段選型：半橋LLC提供高性價比、高能效及易處理EMI的選擇

主功率段電源設(shè)計往往有多種拓?fù)淇梢赃x擇，常見的諸如反激、正激、有源箝位正激、半橋LLC（雙電感和單電容）等。隨著功率及功率密度的提升，半橋LLC拓?fù)錇長ED路燈主功率段驅(qū)動電源設(shè)計提供了高性價比、高能效、容易處理電磁干擾（EMI）的方案。相比于其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，LLC支持在相對較寬的輸入電壓和輸出負(fù)載范圍下工作；元器件數(shù)量有限：諧振儲能元件能部分或全部集成在主變壓器中；初級開關(guān)管在所有負(fù)載條件下零電壓開關(guān)（ZVS）；次級整流器在所有負(fù)載條件下零電流開關(guān)（ZCS）；具有應(yīng)用簡單的同步整流功能。

圖2. 隨著功率及功率密度的提升，半橋LLC拓?fù)涑蔀長ED路燈驅(qū)動理想選擇

安森美半導(dǎo)體的NCP1397為采用LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主電源段提供了高性價比及可靠方案，為客戶在尺寸限制、待機(jī)要求及成本等設(shè)計考量上提供了理想選擇，主要特性包括：50 kHz至500 kHz的高頻工作；600 V高壓浮動驅(qū)動器；可調(diào)節(jié)最小開關(guān)頻率（3%精度）；100 ns至2 us的可調(diào)節(jié)死區(qū)時間；藉外部可調(diào)節(jié)軟啟動提供的啟動序列；輸入欠壓保護(hù)結(jié)合閂鎖輸入；基于定時器的自動恢復(fù)及立即閂鎖過流保護(hù)；可藉導(dǎo)通/關(guān)閉控制來關(guān)閉輸入（跳周期模式）；300 uA低待機(jī)電流；1A/0.5 A峰值電流汲/源極驅(qū)動能力；共用集極或射極光耦合器連接。

待機(jī)電路選型

為有效提高電源效率，需盡量降低產(chǎn)品待機(jī)功耗。應(yīng)用安森美半導(dǎo)體NCP1070高壓開關(guān)穩(wěn)壓器，只需簡單的外圍降壓線路就可有效降低待機(jī)能耗。該器件內(nèi)置700V MOSFET，支持動態(tài)自供電（DSS），提供無損耗的啟動序列，同時還具有短路保護(hù)、1ms軟啟動、頻率抖動、Vcc引腳過壓保護(hù)等功能，線路簡單且有成本優(yōu)勢。

恒壓恒流控制方案

精準(zhǔn)的恒壓恒流控制能夠保證LED顆粒之間發(fā)光均一，從而更好地保證LED路燈壽命。安森美半導(dǎo)體提供的NCP4328內(nèi)含兩個OTA,能實(shí)現(xiàn)二次側(cè)精準(zhǔn)的恒壓恒流控制。

安森美半導(dǎo)體150 W高能效、無頻閃LED路燈驅(qū)動電源方案參考設(shè)計

安森美半導(dǎo)體提供150 W功率的LED路燈驅(qū)動電源方案參考設(shè)計。這參考設(shè)計采用了NCP1654（PFC）+NCP1397（LLC）+ NCP4328（恒壓恒流控制）+ NCP1070（待機(jī)控制）的器件組合，接受90至265 Vac寬電壓輸入，提供40 V/3.45 A輸出，能滿足功率因數(shù)大于0.95，總諧波含量小于15%的要求，滿載平均效率大于90%，典型電流精度達(dá)到了1%以內(nèi)。這參考設(shè)計支持快速啟動，典型啟動時間小于500 ms，還提供低輸出電流紋波，無頻閃。

圖3:安森美半導(dǎo)體150 W路燈參考設(shè)計的能效及穩(wěn)流精度。

圖4. 安森美半導(dǎo)體150 W路燈參考設(shè)計的功率因數(shù)及THD符合設(shè)計目標(biāo)

總結(jié)

LED路燈技術(shù)含量高、成分多樣、外部使用環(huán)境復(fù)雜，各國政府都對驅(qū)動設(shè)計提出了嚴(yán)苛的要求，為LED路燈提供高可靠性高效率電源也是目前亟待解決的問題。安森美半導(dǎo)體提供多種電源方案和拓?fù)?，更提供了一個高能效、高恒流精度、無頻閃、完善的保護(hù)功能、高可靠性、外圍電路簡潔的參考設(shè)計，成為LED路燈驅(qū)動方案的極佳選擇。