不同功率LED照明如何选择适合的LED驱动电源

2011-05-10 11:35:23来源: 互联网

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,帮助照明设计工程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%。因此,LED通用照明成为热点市场。

不同功率AC/DC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。

(电子工程专辑)
表1: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40W。

1)1W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G13、GU10、PAR16、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认证的应用。非隔离型方案采用抽头电感来隔离交流信号,能提高MOSFET工作的占空比,提高系统能效及电路性能。

(电子工程专辑)
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PFC,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。

2)8W至25W LED通用照明应用要求及方案:无PFC与有PFC

在8~25W 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PAR30、PAR38和嵌灯。在这类应用中,输入电压要求为85~135 Vac或185~264Vac(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。

(电子工程专辑)
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PAR30、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0.9。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。

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图3:基于NCL30000的8-25 W AC/DC LED照明方案(有PFC)。


3)50W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50~150W或100W -200W的功率范围。假定其输入电压规格为90--264 Vac,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+NCP1377:CrM PFC+ QR PWM;

NCP1607+NCP1397或NCP1392/3:CrM PFC+ LLC PWM。

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图4:基于NCL30001的40-150 W 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250 kHz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(<50 W)提供高于90%的能效,这个能效目标甚至比“能源之星”2.0版外部电源能效要求(功率不超过49W时能效高于87%)更高。要达到这样高的能效,需要采用新的拓扑结构,如从反激拓扑结构转向谐振半桥拓扑结构,从而充分发挥零电压开关(ZVS)的优势。有利的是,安森美半导体早已着手开发能用于LED驱动电源的高能效半桥解决方案,如NCP1396及其升级版NCP1397高性能谐振模式控制器。NCP1397内置高端和低端驱动器,支持可调节及精确的最低频率,提供极高能效,并具备多种故障保护特性。

不同功率DC/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。

4)1~3W DC/DC LED降压应用

典型1~3W DC/DC LED降压照明应用包括MR11/MR16、汽车照明、太阳能供电等。这类应用的输入电压为5到28 Vdc,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LED(24V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。

(电子工程专辑)
图5:CAT4201 1~3W DC/DC LED方案。

5)1~30W DC/DC LED降压应用

典型1~30W 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120 Vdc,输出电压范围为6至110 Vdc,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6(a)。

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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。

6)1~20W DC/DC LED升压应用

典型3~20W 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/NCP3066 LED驱动器。NCP3065/NCP3066能够配置为降压、升压、单端初级电感转换器(SEPIC)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6(b)显示的是NCP3066的升压配置LED应用电路图。

7)1~3W手电筒LED升压/降压应用

1~3W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2.5 Vdc,工作频率达1.2MHz;降压型应用的输入电压范围为4至5.5 Vdc,频率达1.7MHz。两类应用都需支持350mA或600mA

[1] [2]

关键字:照明  适合

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0510/article_8429.html
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