據(jù)國際能源署(IEA)估計，全球消耗的電能中有19%是用于照明。因此，近年來，世界各國紛紛致力于以更高能效的方案來替代低能效的白熾燈光源。而隨著發(fā)光二極管(LED)在流明輸出及光效方面持續(xù)快速進步，同時，平均每流明光輸出的成本也在下降，再結(jié)合LED在高指向性、長壽命和低維護成本等方面的優(yōu)勢，LED照明(也稱固態(tài)照明，或SSL)成為一種極為引人注目的替代解決方案。

設(shè)計途徑：采用單段式方案提供高功率因數(shù)

要實現(xiàn)高功率因數(shù)、電源能效目標及緊湊的尺寸，有必要使用高功率因數(shù)的單段式拓撲結(jié)構(gòu)。由于功率目標較低，傳統(tǒng)的兩段式拓撲結(jié)構(gòu)(PFC升壓+反激轉(zhuǎn)換)就無法滿足要求了。因此，我們使用了基于安森美半導(dǎo)體NCL30000臨界導(dǎo)電模式(CrM)反激控制器的CrM反激拓撲結(jié)構(gòu)。

單段式拓撲結(jié)構(gòu)省下專用的PFC升壓段，幫助減少元器件數(shù)量，降低系統(tǒng)總成本。但采用單段式拓撲結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)也會受到一些影響，如無初級高壓能量存儲，輸出電壓保持時間較短。另外，輸出紋波較高，必須采用更多的低壓輸出電容來滿足維持要求，及對動態(tài)負載反應(yīng)較慢等。有利的是，這對眾多LED照明應(yīng)用而言不構(gòu)成問題，因為LED照明應(yīng)用無系統(tǒng)維持時間要求，而且紋波匯入平均光輸出，人眼不會察覺。

設(shè)計針對高功率因數(shù)(PF>0.95)有利于輕松符合SSL燈具的商用照明要求，并使輸入電流波形看上去象是電阻型載的波形。這對兼容TRIAC調(diào)光非常重要，因為TRIAC調(diào)光器原本用于白熾燈，而白熾燈在電路中的作用就象是電阻，即充當電阻型負載。用示波器截取的波形顯示，優(yōu)化設(shè)計的單段式CrM反激電源的基本電流波形與輸入電壓波形保持同相。

圖1：基于NCL30000的單段式CrM反激LED驅(qū)動器GreenPoint？參考設(shè)計簡化框圖

圖1顯示的是安森美半導(dǎo)體基于NCL30000的單段式高功率因數(shù)反激拓撲結(jié)構(gòu)的簡化功能框圖。從圖1中可以看出，隔離反激的次級端有恒流恒壓(CCCV)控制模塊。這模塊有兩個主要功能，一是緊密穩(wěn)流350mA的恒定電流，并為初級端提供反饋，用于調(diào)節(jié)導(dǎo)通時間，對流經(jīng)LED的恒定電流進行穩(wěn)流;二是在發(fā)生開路事件時，進入恒壓控制模式，在故障事件下產(chǎn)生穩(wěn)壓固定電壓。開路電壓穩(wěn)壓為UL13102類電源的60Vdc最大電壓限制。此外，無意中碰到輸出短路時，還能限制功率，避免損壞LED。

測試結(jié)果

測試結(jié)果顯示，這參考設(shè)計的性能超過了表2中所列的全部設(shè)計目標，參見圖2。圖2顯示了90到135Vac線路電壓范圍下LED驅(qū)動器的功率因數(shù)和輸入電流總諧波失真，可以看出這參考設(shè)計的功率因數(shù)很高(超過商業(yè)照明0.9的最低功率因數(shù)要求)，總諧波失真低 (<20%)。圖3顯示了不同負載條件下的LED能效。將25%、50%、75%和100%四個工作點下的能效作平均計算，可得出總平均能效為 80.7%;而在50%至100%負載的關(guān)鍵工作區(qū)域，能效范圍為81.1%至82%。這不僅超越本參考設(shè)計定下的80%能效目標，還超過了EPS2.0 標準對15W電源79.1%的能效要求。損耗來源中包含輸入EMI段支持TRIAC調(diào)光所需的15歐姆限流電阻的能耗。

圖2：90至135Vac輸入線路電壓條件下的功率因數(shù)和總諧波失真

圖3：輸入電壓為115Vac時不同負載條件下的能效

總結(jié)：

要設(shè)計滿足下一代固態(tài)照明產(chǎn)品所有要求的離線LED驅(qū)動器存在不少挑戰(zhàn)。本參考設(shè)計文檔顯示，安森美半導(dǎo)體基于NCL30000的單段式CrMTRIAC調(diào)光LED驅(qū)動器GreenPoint？參考設(shè)計達到了所有關(guān)鍵性能指標，如“能源之星”1.1版商業(yè)及住宅應(yīng)用固態(tài)照明功率因數(shù)要求，甚至是代為參考的2.0版外部電源在關(guān)鍵負載條件下的能效要求。這參考設(shè)計還為系統(tǒng)開發(fā)人員提供靈活性，使他們能夠升高或降低功率，滿足不同功率應(yīng)用的要求。這種途徑讓設(shè)計人員能夠靈活應(yīng)對LED光效提升，便于他們設(shè)計LED數(shù)量更少但仍提供預(yù)期光輸出的燈具。