安森美半导体通用照明AC-DC LED驱动器方案

LED通用照明应用通常包括大功率、中等功率和低功率三类,分别采用不同的LED驱动方案为相应功率的应用提供电源。安森美半导体提供各种针对通用照明的AC-DC LED驱动器方案,既有用于低功率的AC-DC LED驱动器,也有适合大功率的AC-DC LED驱动器,可满足更高能效、控制架构简单的要求。

常见的LED照明AC-DC驱动方案

大功率应用为40至300 W,主要是户外及基础设施应用,包括区域照明(街灯、停车场灯、荧光灯替代、公园及休闲场所灯等)、隧道灯、高顶灯、建筑物;中等功率应用为8至60 W的商业及建筑物应用,如户外建筑、冷柜/冰箱灯、洗墙灯、嵌灯、聚光灯(PAR20/30/38)类、装饰性灯具、吊扇灯;低功率为1至12 W的住宅及商业应用,包括橱柜内照明、台灯、一体式灯泡(A型灯)、电器、重点照明。

图1:安森美半导体AC-DC LED驱动器方案概览

按照输出功率划分,在1-10 W,安森美半导体提供内置FET的NCP1010~5(隔离型,能效近80%);在1-15 W,有内置FET的NCP1027/8(隔离型,能效近80%);1-30 W,有使用外部FET的LV5026/27/28(非隔离型,能效在85%以上);1-50 W,可以选用使用外部FET的NCL30000(隔离型,能效85%以上);40 W至150 W可采用使用外部FET的CCM降压/升压NCL30001(隔离型,能效在85%以上);功率高达300 W的应用可以使用CrM PFC + 谐振半桥的NCL30051,能效可达90%以上。丰富的驱动方案为LED照明设计师提供了多种选择。

1) 低功率AC-DC LED驱动器

在一些低功率AC-DC非隔离LED照明应用中,既要求高功率因数,又要求支持调光,如模拟、数字(PWM)或三端双向可控硅开关器件(TRIAC)调光等。这些应用既可以采用安森美半导体的NCL30000功率因数校正TRIAC可调光LED驱动器,也可以采用LV5026/29系列高功率因数可调光LED驱动器。
  
LV5026是一款可调光高功率因数方案,兼容TRIAC调光,如图2所示。


  
图2:LV5026兼容TRIAC调光方案

图3是采用LV5026的非隔离可调光高功率因数LED驱动器方案。该电路可驱动大功率场效应管电路、采用步进控制方式、具有频率振荡功能;其基准电压可从外部调整,兼容数字调光和模拟调光;此外还内置软启动、过电流保护电路、过热保护电路和过电压保护电路。

图3:LV5026非隔离可调光高功率因数LED驱动器方案

安森美半导体LV502x系列器件的PWM控制架构可以降低EMI。2级驱动方式可以削减电流噪声,实现优于竞争器件的低EMI效果。另外,采用非隔离拓扑结构的LED驱动器具有电路中磁性元件尺寸更小、能效更高、元件数量更少以及总物料单(BOM)成本更低的综合优势,还可以用机械设计来满足安规要求。
  
如果客户需要同时支持TRIAC调光、PWM调光及模拟调光,则应选择LV5026M。为了改善功率,在使用LV5026M的LED照明驱动电路时,改变一下电路构成就可以提高功率因数。有两种方法可以做到这一点。一种是减小AC电压平滑用电容器,扩大AC电流的导通角;另一种是控制功率场效应管中流过的电流与输入AC电压的比例。提高功率因数的电路配线如图3所示。不同点是,以前REF端子是施加一定的电压,现在是输入电压Vin(AC)平滑后的电压经电阻分压后施加在REF端子上。
  
采用LV5026M的3 W非隔离降压电路设计如图4所示。若只需要支持PWM及模拟调光,则可选择LV5029MC。


  
图4:改善功率因数校正的工作原理

2) 大功率AC-DC LED驱动器

在大功率方面,两段式NCL30051功率因数校正(PFC)与半桥谐振LLC集成方案是很好的选择。安森美半导体新的NCL30051离线式LED驱动器与新的NCL30160可调光恒流降压LED驱动器搭配,可为空间受限且需要高能效的高亮度LED驱动器应用提供极佳方案。
  
NCL30051是一款专用LED驱动集成电路(IC),能够为降压直流-直流(DC-DC)转换器/LED驱动器(如NCL30160)提供恒定电压。该器件集成了一个临界导电模式(CrM)PFC控制器及一个半桥谐振控制器,并内置600伏(V)驱动器,针对离线电源应用进行了优化,具备了所有实现高能效、小外形因数设计所需的特性。NCL30051的半桥段采用固定频率工作。该器件通过调节PFC段的输出电压来稳压,且集成了反馈环路开路保护,再加PFC过压和欠压检测机制,以及可以最高设定为75千赫兹(kHz)的可调节频率振荡器。
  
NCL30160则是一款用于大功率LED的开关稳压器,采用基于NCL30051的驱动所提供的恒定电压去降低电压,从而为LED串提供恒定电流。通过利用仅55毫欧(mΩ)的低导通阻抗内部MOSFET及以100%占空比工作的能力,能够提供能效高达98%的方案。
  
该恒流器件以6.3 V至40 V的输入电压范围工作,最高1.4兆赫兹(MHz)的高开关频率使设计人员可采用更小的外部元件,帮助将电路板尺寸减至最小及成本降至最低。NCL30160包含迟滞控制特性,在负载瞬变期间提供快速的响应,省下小型信号控制环路补偿元件。其保护特性包括可用电阻设定LED电流、LED短路保护、欠压锁定及热关闭。
  
NCL30051与NCP30160 IC搭配工作可以最少的外部元件简化电源电路设计。这种架构使芯片组能够集成在更紧凑及更高性价比的LED照明电源中,用于户外照明(如街灯、停车场灯)及汽车照明等通用照明应用。图4是NCL30051简化应用电路图。


  
图5:NCL30051简化应用电路图

为了让设计师迅速获得电路图及可供订购的物料单(BOM),简化SIMetrix/SIMPLIS仿真及加速设计,安森美半导体还提供电子设计辅助工具——GreenPoint?设计仿真工具;另外还提供NCL30051LEDGEVB评估板,其最大输出功率限制为100 W,但在改变元件条件下最大可输出250 W功率。它可以帮助客户评估功率因数、能效、保护特性、调光功能等特性。

总结

LV5026M支持隔离/非隔离拓扑结构,提供更高能效,在主电源输入电压及LED负载范围内提供紧密的LED稳压,能够提供高功率因数及低总谐波失真(THD),可用于切相(TRIAC)调光器的低功率应用。NCL30051是极佳的高能效方案,控制架构简单,基于新颖的谐振模式控制方法,采用经证明的CrM固定导通时间PFC控制方法,集成了固定频率半桥、高压门驱动器,极适合用于固定电压LED电源及恒流LED驱动器,能用于30 W至200 W以上功率应用。

(供稿:安森美半导体)

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