高能效LED道路照明驅(qū)動器設(shè)計

隨著LED在性能及成本幾乎各個方面的持續(xù)改進，LED照明正在用于越來越寬的應(yīng)用領(lǐng)域，其中LED街燈就是業(yè)界關(guān)注的一個焦點。安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應(yīng)商，針對各類LED照明應(yīng)用提供豐富的驅(qū)動器、穩(wěn)壓器/穩(wěn)流器，及通信、光傳感器、MOSFET、整流器、保護、濾波器及熱管理產(chǎn)品等完整方案。本文將介紹一款用于LED街燈等應(yīng)用的28 V、3.3 A的離線高功率因數(shù)LED驅(qū)動器設(shè)計。這設(shè)計基于安森美半導(dǎo)體的NCL30001 LED驅(qū)動器及NCS1002恒壓恒流控制器，采用90至265 V交流電壓供電，提供最大90 W的輸出功率，具有高功率因數(shù)，同時符合相關(guān)諧波含量標準，并能夠配合脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光。

單段拓撲結(jié)構(gòu)LED驅(qū)動器+次級端CVCC控制器組合

NCL30001是一種單段拓撲結(jié)構(gòu)LED驅(qū)動方案，其靈活的特性非常適合應(yīng)用于新的LED照明產(chǎn)品。這款采用單段集成功率因數(shù)校正(PFC)和隔離型降壓交流-直流(AC-DC)電源轉(zhuǎn)換的離線式LED驅(qū)動器省去了專用PFC升壓段，可以減少元件數(shù)量，降低方案成本，配合提高LED電源系統(tǒng)總能效，用于LED街燈、低頂燈、外墻燈和建筑物照明等應(yīng)用。

NCL30001采用連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)工作，這種方案集成了PFC和隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換電路，并提供恒定電流來直接驅(qū)動LED。它相當于將AC-DC轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動兩部分電路整合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，省去了LED光條中集成的線性或DC-DC轉(zhuǎn)換器。這種整體式方案的電源轉(zhuǎn)換段更少，減少元器件使用數(shù)量(如光學元件、LED、電子元件及印制電路板等)，降低系統(tǒng)成本，并支持更高的LED電源總體能效。當然，這種方案的功率密度更高，可能并不適合所有區(qū)域照明應(yīng)用，其光學圖案可能更適合較低功率的LED，典型應(yīng)用包括LED街燈、外墻燈、洗墻燈及電冰箱箱體照明等。

NCL30001控制器的其他規(guī)格特性還包括高壓啟動電路、電壓前饋以改善環(huán)路響應(yīng)、輸入欠壓檢測、內(nèi)部過載定時器、閂鎖輸入，以及減少輸入線路諧波的高精度乘法器。安森美半導(dǎo)體還提供這器件的隔離型單段功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器評估板，用于要求直接恒流輸出的40 W到100 W功率范圍的應(yīng)用。電流可在0.7 A至1.5 A之間調(diào)節(jié)，配合更寬范圍的大功率高亮度LED。

NCS1002是一款次級端恒壓恒流(CVCC)控制器，適合LED街燈等區(qū)域照明應(yīng)用，配合NCL30001控制器更可以設(shè)計出高功效、具有調(diào)光功能的LED驅(qū)動器演示板。

基于NCL30001和NCS1002的90 W演示板

為了幫助工程師盡快實施照明設(shè)計，安森美半導(dǎo)體還提供90 W恒壓恒流演示板，它可接受90至265 Vac的擴展通用輸入電壓(更換元件條件下可支持305 Vac)，提供0.7 A至1.5 A的恒定電流輸出范圍及30 V至55 V的恒定輸出電壓范圍(可通過電阻分壓器來選擇)，最大輸出功率90 W，支持50至1,000 Hz調(diào)光控制，并包含可連接至可選調(diào)光卡的6引腳接口，用于模擬電流調(diào)節(jié)/雙亮度等級數(shù)字調(diào)光等智能調(diào)光應(yīng)用。此外，這款演示板還提供短路保護、開路保護、過溫保護、過流保護及過壓保護等豐富保護特性。測試顯示，這演示板在50 W輸出功率、1,000 mA輸出電壓/48 V正向壓降條件的能效高于87%，在50%至100%負載條件下功率因數(shù)高于0.9，同時符合IEC61000-3-2 C類設(shè)備諧波含量標準。

圖1：演示板頂視圖

由于這種設(shè)計可以有標準NCL30001評估板(50V2A)相媲美的功率水平，電路原理的變化在于變壓器的設(shè)計，以及基于NCS1002的恒定電流/恒定電壓次級側(cè)控制電路。圖2所示為初級側(cè)電路。這個設(shè)計的反激變壓器源于原有設(shè)計的次級繞組，可以滿足新的最高電壓和電流要求。初級繞組所需的電感和整體結(jié)構(gòu)基本上相同。277 VAC輸入可以利用適當?shù)念~定電壓來改變EMI輸入濾波器的“X”和“Y”電容器。