LED照明設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)分享

圖5：有源PFC的應(yīng)用電路示意圖

PFC技術(shù)包括無源PFC及有源PFC兩種。無源PFC方案的體積較大，需要增加額外的元件來更好地改變電流波形，能夠達(dá)到約0.8或更高的功率因數(shù)。其中，在小于5 W至40 W的較低功率應(yīng)用中，幾乎是標(biāo)準(zhǔn)選擇的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只需要采用無源元件及稍作電路改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)高于0.7的功率因數(shù)。有源PFC(見圖6)通常是作為一個(gè)專門的電源轉(zhuǎn)換段增加到電路中來改變輸入電流波形。有源PFC通常提供升壓，交流100至277 Vac的寬輸入范圍下，PFC輸出電壓范圍達(dá)直流450至480 Vdc。如果恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)PFC段，可以提供91%到95%的高能效。但增加了有源PFC，仍然需要專門的DC-DC轉(zhuǎn)換來提供電流穩(wěn)流。

四、能效問題

LED照明應(yīng)用的能效需要結(jié)合功率輸出來考慮。美國“能源之星”固態(tài)照明規(guī)范規(guī)定了照明器具級(jí)的能效，但并不涉及單獨(dú)LED驅(qū)動(dòng)器的能效要求。如前所述，采用AC-DC電源的LED應(yīng)用可以采用兩段式分布拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，故可能采用外部AC-DC適配器供電。而“能源之星”的確包含有關(guān)單輸出外部電源的規(guī)范，其2.0版外部電源規(guī)范于2008年11月開始生效，要求標(biāo)準(zhǔn)工作模式下最低能效達(dá)87%，而低壓工作模式下最低能效達(dá)86%;在此規(guī)范中，功率大于100 W時(shí)才要求PFC。

圖6：美國能源部2008年秋季提出的LED照明燈具能效研發(fā)目標(biāo)

而在采用AC-DC電源的LED應(yīng)用中，要提供更高的AC-DC轉(zhuǎn)換能效，就涉及到成本、尺寸、性能規(guī)范及能效等因素之間的折衷問題。例如，若使用更高質(zhì)量的元件、更低導(dǎo)通阻抗(RDSon)，就可降低損耗及改善能效;降低開關(guān)頻率一般會(huì)改善能效，但卻會(huì)增加系統(tǒng)尺寸。諸如諧振這樣新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供更高能效，卻也增加設(shè)計(jì)及元件的復(fù)雜度。如果我們將設(shè)計(jì)限定在較窄的功率及電壓范圍，則可以幫助優(yōu)化能效。

五、驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)

LED驅(qū)動(dòng)器本身也在不斷演進(jìn)，著重于進(jìn)一步提高能效、增加功能及功率密度。美國“能源之星”的固態(tài)照明規(guī)范提出的是照明器具級(jí)的能效限制，涉及包括功率因數(shù)在內(nèi)的特定產(chǎn)品要求。而歐盟的IEC 61347-2-13 (5/2006)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)采用直流或交流供電的LED模塊的要求包括：

最大安全特低電壓(SELV)工作輸出電壓≤25 Vrms (35.3 Vdc)

不同故障條件下“恰當(dāng)”/安全的工作

故障時(shí)不冒煙或易燃

此外，ANSI C82.xxx LED驅(qū)動(dòng)器規(guī)范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵從UL、CSA等標(biāo)準(zhǔn)，如UL1310 (Class 2)、UL 60950、UL1012。

此外，LED照明設(shè)計(jì)還涉及到產(chǎn)品壽命周期及可靠性問題。

總結(jié)：

本文分享了安森美半導(dǎo)體產(chǎn)品應(yīng)用專家Bernie Weir先生的一些重要的LED照明設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，如驅(qū)動(dòng)器的通用要求、驅(qū)動(dòng)器電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率因數(shù)校正、電源轉(zhuǎn)換能效及驅(qū)動(dòng)器需要遵從的標(biāo)準(zhǔn)等問題，幫助工程師更好地從事LED照明設(shè)計(jì)。安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅解決方案供應(yīng)商，針對(duì)不同LED照明應(yīng)用，不論其采用何種電源供電，均提供應(yīng)用所需的高性能電源轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)校正及驅(qū)動(dòng)解決方案，輔以高質(zhì)量的服務(wù)及支援，幫助客戶在市場競爭中占據(jù)先機(jī)。