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2013年10月21日

通用照明设计工程师会碰到很多应战,如功率密度、功率因数校订(PFC)、空间受限和可靠性等。这些LED照明设计应战和电源设想应战相似,详细讲,LED通用有以下几个应战:因为总光效要求及散热限定的影响,纵然是低功率运用能效也很重要;正在很多状况下,较低功率也要求功率因数校订和谐波处置惩罚;正在空间受限运用中,特别是替换灯胆应用时,对驱动功率密度的要求很下;整体电源可靠性对进步全部灯的寿命非常重要;宽输入电源电压局限应当支撑高达277Vac;兼容TRIAC调光等传统特定照明要求。

本文重要引见用于LED照明的电源设计方案及相干电路,资助工程师应对上述应战,设想出知足通用照明要求的产物。上面我们先去相识AC-DC电源转换拓扑构造。

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关于低功率AC-DC LED转换而言,能够挑选断绝型反激或非断绝降压等差别拓扑构造。所谓“断绝”,是指输入取输出之间接纳变压器等停止电气断绝。这两种拓扑构造各有其特性。相比较而言,非断绝拓扑结构设计及电路板设置简朴、电路板尺寸小、元件数目少、能效更高,而断绝拓扑构造易于知足安规要求,但磁学设想庞大,要求较大的电路板尺寸。本文将聚集于断绝型拓扑构造的AC-DC LED驱动器计划。

供应下功率因数的NCL30000断绝型LED驱动器计划

要供应下功率因数,同时相符别的运用要求,便有必要运用下功率因数的电路架构。这样一来,传统的两段式架构(PFC升压+脉宽调制(PWM)反激转换)便没法知足要求了。有益的是,诸如安森美半导体NCL30000功率因数校订可调光驱动器接纳单段式架构(见图1),能够供应达0.9以至更高的功率因数。那器件接纳松散的8引脚外面揭装封装,运用临界导电形式(CrM)反激架构,以单段式拓扑构造供应大于0.95的下功率因数,省下专门的DC-DC转换电源段,资助削减元器件数目,低落系统总成本。

图1 传统两段式架构取革新的单段式架构对照

NCL30000 接纳的恒定导通工夫CrM事情稀奇适合于断绝型反激LED运用,由于掌握塬理简朴,纵然正在低功率电日常平凡,也可以或许供应极高能效。NCL30000工作温度局限为-40至+125℃,确保能用于大多数通用照明运用中划定的差别情况工作范围。NCL30000具有典范值24微安的低启动电流及典范值2mA的低事情电流,合营下能效设想。那器件也集成前沿消隐(LEB)电路,防备毛病触发,借集成巩固的毛病处置惩罚才能。

图2 基于NCL30000的断绝型反激LED驱动器GreenPoint参考设想简化框图

合营TRIAC调光

除要供应相干范例尺度所要求的下能效及下功率因数,思索特定的终端运用需求也很重要。如现在最常用的灯光亮度调控要领是叁端双向可控硅开关器件 (TRIAC)调光。但TRIAC调光器塬本针对电阻型负载的白炽灯(白炽灯正在电路中的感化便象是电阻)。因而,LED驱动器

图3 NCL30000调光机能演示(经由过程改动调光器位置去正在350 mA至1.7mA之间调光)

有益的是,NCL30000兼容尾沿晶体管调光器及前沿TRIAC调光器,可以或许供应高于0.95的下功率因数,使输入电流波形看上去像是电阻型负载的波形,而那对兼容TRIAC调光器非常重要,由于用示波器截取的波形显现,优化设想的NCL30000单段式CrM反激驱动器的根基电流波形取输入电压波形连结同相(拜见图3)。

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安森美半导体基于NCL30000开辟了目的功率低于18W、支撑4至15颗LED350 mA且支撑TRIAC调光(针对12颗LED停止预设置)的参考设想演示电路板。输入电压局限为90至305 Vac的NCL30000演示电路板的能效测试效果显现,宽输入电压局限下的功率因数到达或凌驾0.95,且正在宽LED正向电压条件下保持极佳稳流结果和下能效。

图4 演示板丈量能效效果

运用示例

关于LED运用而言,灯胆替换是主要的应用领域,如抛物形渗铝反射器(PAR)替换(PAR20/30/38)、A型灯替换(如A19)等。但灯胆替换运用存在奇特应战,如散热限定、尺寸受限及兼容的调光手艺等。

图5 NCL30000的11 W LED PAR30灯胆革新示例

以 PAR30灯胆替换运用为例,AND8463/D 引见了怎样运用NCL30000单段式功率因数校订断绝型反激控制器去设想LED PAR30灯的完好电源转换计划,用于驱动串连-并联设置的3串共24颗LED(每串8颗,每串电流150mA,3串共450mA)。那参考设想运用市场上购得的LED散热片和E27 Edison底座,有用处置惩罚散热及尺寸受限题目。此设想的目的输出功率为11W,包罗115Vac版本(功率因数高于0.9,输入电流THD《20%)和230 Vac(顺从IEC61000-3-2范例)两种版本,LED电流稳流精度达±5%,LED电压局限21至27 Vdc,能效高于82%,兼容TRIAC及电子高压调光器调光,且顺从FCC B类导电型EMI尺度。

PAR30灯胆是特定指向照明的一个示例。实际中也存在很多全向照明运用,如A型灯。LED A型灯以尺度A型灯尺寸去替换传统A型白炽灯,是贸易及室庐照明运用的极佳节能替换解决方案,不只更环保,并且更易于保护和替换。传统白炽灯存在差别功率品级,如40W(光输出约450 lm)或60W(光输出约600至800lm)。现在一流的暖白光的光效处在100 lm/W范围内。考虑到热效应及光电转换效力,要供应450 lm光输出,约莫需求5至7颗LED.安森美半导体现在正在开辟应用于LED A型灯的NCL30000 TRIAC可调光计划。

图6 NCP1607的下功率因数A19灯胆E26/E27驱动器

有益的是,此计划是基于临界导电形式功率因数校订控制器NCP1607开辟出了A19灯胆驱动器设想(见图6)。那设想的输入电压局限为90至265 Vac,额定输出功率约为6.4 W(16.5 @ 400 mA),接纳断绝型单段式设想,正在输入电压范围内功率因数高于0.9,能效高于80%,相符IEC61000-3-2 C类谐波含量尺度(输入THD《15%),顺从FCC B类导电型辐射尺度,设计时便顾及到了相符UL8750安规,并相符“能源之星”针对整体式LED灯胆的1.1版范例要求。

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对用于LED照明的设计方案,1至10 W的照明运用中推荐运用NCP1010~5,1至15 W可运用NCP1027/8,这些计划集成了MOS管,适用于断绝和非断绝运用,支撑次级PWM调光、模仿调光或单亮度品级调光,能效高达75-80%;1至30 W的运用能够运用LV5026、5027、5028,支撑断绝计划,典范能效85%阁下;1至40 W推荐运用NCL30000,可停止低级可控硅调光,适用于断绝和非断绝计划,断绝计划能效80-85%。40至150 W推荐运用NCL30001,它是一个一连导电形式(CCM)掌握芯片,断绝计划的典范能效85-90%;更大功率推荐运用NCL30051.下图7是这些计划输出功率取能效的对照。以下将详细引见这些计划的功用和特性。

图7:LED照明的AC-DC电源计划输出功率取效力的对照

总结

本文盘绕低功率LED通用照明运用,偏重分析了断绝型LED驱动器的运用设计方案,响应的引见了单段式断绝型下功率因数驱动器计划NCL30000, 并分析了NCL30000怎样合营相干要求,如支撑TRIAC调光、供应下能效、适当散热及相符相干能效范例尺度,并应用正在下能效电源及封装方面的中心特长及上风,为LED运用,特别是通用照明供应了相符种种范例要求掌握和驱动器件。这些计划接纳奇特的LED驱动架构、模仿及调光手艺、反激转换器及非断绝拓扑构造,合营普遍的运用局限,为实现种种通用照明设备供应更多的挑选。

 

 

泉源:东莞市冠擎电子有限公司

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