符合“能源之星”固態(tài)照明標(biāo)準(zhǔn)的離線型LED驅(qū)動器GreenPoint®參考設(shè)計(jì)

安森美半導(dǎo)體的NCP1014LEDGTGEVB評估板經(jīng)過了優(yōu)化，可以驅(qū)動1到8顆大功率高亮度LED，如Cree XLAMP? ?XR?E/XP?E、Luxeon? ?Rebel、Seoul Semiconductor Z?POWER?或OSRAM Golden Dragon?。這設(shè)計(jì)基于集成了帶內(nèi)部限流功能的高壓電源開關(guān)的緊湊型固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器NCP1014構(gòu)建。由于NCP1014采用固定頻率工作，電流不能上升到高于某個(gè)特定點(diǎn)；這個(gè)點(diǎn)由輸入電壓及開關(guān)周期或?qū)〞r(shí)間結(jié)束前的初級電感來確定。由于導(dǎo)通時(shí)間的限制，輸入電流將跟隨輸入電壓的波形，從而提供更高的功率因數(shù)。相關(guān)電路圖見圖2。

圖2：NCP1014LEDGTGEVB電路圖。

設(shè)計(jì)過程
較高的開關(guān)頻率可以減小變壓器尺寸，但同時(shí)會增加開關(guān)損耗。本參考設(shè)計(jì)選擇了100 kHz版本的NCP1014作為平衡點(diǎn)。這個(gè)單片轉(zhuǎn)換器的能效預(yù)計(jì)約為75%，因此，要提供8 W輸出功率，預(yù)計(jì)需要10.6 W的輸入功率。輸入工作電壓范圍是90到265 Vac。NCP1014包含安森美半導(dǎo)體的動態(tài)自供電(DSS)電路，藉減少元件數(shù)量簡化了啟動。這集成控制器的散熱考慮因素決定了最大輸出功率。電路板上的銅區(qū)域會散熱并降溫。當(dāng)轉(zhuǎn)換器工作時(shí)，反激變壓器上的偏置繞組會關(guān)閉DSS，降低轉(zhuǎn)換器的功耗。較低的工作溫度使更多的電能可以提供給負(fù)載。

下文簡單介紹本參考設(shè)計(jì)各電源段所選擇的元器件及部分相關(guān)選擇理據(jù)。詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程參見安森美半導(dǎo)體的《用于“能源之星”LED照明應(yīng)用的離線LED驅(qū)動器參考設(shè)計(jì)文檔套件》，網(wǎng)址是：http://www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/TND371-D.PDF。

1)電磁干擾(EMI)濾波器
開關(guān)穩(wěn)壓器從輸入源消耗脈沖電流。有關(guān)諧波含量的要求限制了電源輸入電流的高頻分量。通常濾波器由電容和電感組成，可以削弱不良信號。輸入線路上連接的電容以與輸入電壓呈90??的異相電流導(dǎo)通，這種轉(zhuǎn)移電流通過位移輸入電壓與電流之間的相位降低了功率因數(shù)，故需要在濾波需求與維持高功率因數(shù)之間取得平衡。

根據(jù)電磁干擾的屬性及濾波器元件的復(fù)雜特性，電容C1和C2起始選擇了100 nF電容。選擇的差分電感L1用于提供L-C濾波器頻率，約為開關(guān)頻率的1/10。所使用的電感值是：

實(shí)際設(shè)計(jì)中選擇的是2.7 mH電感，這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電感值?；谶@個(gè)起點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來調(diào)節(jié)濾波器以符合傳導(dǎo)干擾限制。電容C2增加到了220 nF，從而提供干擾限制余量。電阻R1限制浪涌電流，并在出現(xiàn)故障時(shí)提供易熔元件。根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，可能需要熔絲來滿足安全要求。注意在初級總電容較小的情況下浪涌電流較小。

2)初級鉗位
二極管D5、電容C3和電阻R2組成鉗位網(wǎng)絡(luò)，控制由反激變壓器泄漏電感造成的電壓尖峰。D5應(yīng)當(dāng)是一個(gè)快速恢復(fù)器件，額定用于應(yīng)對峰值輸入電壓及反射到變壓器初級上的輸出電壓。600 V額定電流為1 A的MURA160快速恢復(fù)二極管是D5的適宜選擇。電容C3必須吸收泄漏的能量，同時(shí)電壓只有極小的增加，1.5 nF的電容足以用于這類低功率應(yīng)用。電阻R3必須耗散泄漏的能量，但并不必須會降低能效。該電阻根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇47 kΩ。需要注意的是，該電阻和電容C3的額定電壓是125.5 V。

3)偏置電源
二極管D6對偏置繞組提供的電源整流。200 mA電流時(shí)額定電壓為100 V的MMBD914二極管是D6的適宜選擇。初級偏置由電容C4、電阻R3和電容C5來濾波。選擇的C5為2.2 ?F，C4為0.1 ?F，R3為1.5 kΩ。

4)輸出整流器
輸出整流器必須承受遠(yuǎn)高于630 mA平均輸出電流的峰值電流。最大輸出電壓為22 V，整流器峰值電壓為93.2 V。所選擇的輸出整流器是3 A、200 V、35 nS的MURS320，提供低正向壓降及快開關(guān)時(shí)間。2,000 ?F的電容將輸出紋波電流限制在25%，或是峰-峰值144 mA。

5)電流控制
通過監(jiān)測與輸出串聯(lián)的感測電阻RSENSE的壓降，維持恒定的電流輸出。電阻R11連接感測電阻至通用PNP晶體管Q1的基極-射極結(jié)。當(dāng)感測電阻上的壓降約為0.6 V時(shí)，流過R11的電流偏置Q1，使其導(dǎo)通。Q1決定了流過光耦合器U2的LED的電流，并受電阻R4限制。光耦合器U2的晶體管為NCP1014提供反饋電流，控制著輸出電流。

設(shè)定輸出電流Iout=630 mA則要求感測電阻RSENSE=0.85 Ω。感測電阻由4顆并聯(lián)的元件R6、R7、R8和R9組成，選擇R6和R7的阻值為1.8 Ω，選擇R8的阻值為10 Ω，而讓R9開路，從而產(chǎn)生約0.83 Ω的總感測電阻。

6)功率因數(shù)控制
在本電路中維持高功率因數(shù)有賴于緩慢的反饋響應(yīng)時(shí)間，僅支持給定輸入電源半周期內(nèi)反饋電平略有改變。對于這種電流模式的控制器件而言，最大峰值電流在半周期內(nèi)幾乎保持恒定。與傳統(tǒng)反饋系統(tǒng)相比，這就改善了功率因數(shù)。電容C6提供慢速的環(huán)路響應(yīng)，抑制NCP1014的內(nèi)部18 kΩ上拉電阻及來自反饋光耦合器晶體管的電流。從經(jīng)驗(yàn)來看，電容C6確定在22 ?F至47 ?F的范圍之間。