安森美半导体高能效LED通用照明解决方案

2) 采用交流离线电源为LED供电

在采用交流离线电源为LED供电的应用中，涉及到众多不同的应用场合，如电子镇流器、荧光灯替代、交通信号灯、LED灯泡、街道和停车照明、建筑物照明、障碍灯和标志等。在这些从交流主电源驱动大功率LED的应用中，有两种常见的电源转换技术，即在需要电流隔离(galvanic isolation)时使用反激转换器，或在不需要隔离时使用较为简单的降压拓扑结构。

在反激转换器方面，根据输出功率的不同，可以采用安森美半导体的不同反激转换器。例如，安森美半导体的NCP1013适合于功率高达5 W(电流为350 mA、700 mA或1 A)的紧凑型设计应用，NCP1014/1028可以提供高达8 W的连续输出功率，而NCP1351则适合于大于15 W的较大功率通用应用。

以NCP1014/1028为例，这是安森美半导体推出的离线式PWM开关稳压器，具有集成的700 V高压MOSFET，均采用350 mA/22 Vdc变压器设计及700 mA/17 Vdc配置，输入电压范围为90至265 Vac，具有输出开路电压钳位、采用频率抖动减少电磁干扰(EMI)信号以及内置热关闭保护等特性，适合于LED镇流器、建筑物照明、显示器背光、标志和通道照明及作业灯等应用。



图4：原50 W卤素台灯、所用变压器及改造后所用的LED及驱动电路板。

为了展现LED的替代优势，安森美半导体近期对一款从市场上所购得的50 W卤素台灯进行了改进(见图4)，它改用LED灯并采用安森美半导体的NCP1014开关稳压器再辅以适当的散热设计后，光输出更高，但能耗仅为原台灯的1/9。实际上，安森美半导体改进的这台灯的总能耗甚至比基于变压器的原卤素台灯的电能损耗更低(有关这转换设计的详情，请参见安森美半导体的设计白皮书TND358，网址：http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND358-D.PDF)。

值得一提的是，在照明应用中，如果输出功率要求高于25 W，LED驱动器则面临着功率因数校正(PFC)的问题。在这类可能需要采用PFC控制器的应用中，传统的解决方案是PFC控制器+PWM控制器的两段式方案。这种方案支持模块化，且认证简单，但在总体能效方面会有折衷，如假设交流-直流(AC-DC)段的能效为87%至90%，直流-直流(DC-DC)段能效为85%至90%，则总能效仅为74%至81%。随着LED技术的持续改进，这种架构预计将转化为更加优化、更高能效的方案。根据要求的不同，有多种可供选择的方案，如：PFC+非隔离降压、PFC+非隔离反激或半桥LLC、NCP1651/NCP1652单段式PFC方案。         

保护通用照明应用中的LED

如前所述，LED是一种使用寿命极长的光源(可长达5万小时)。除了需要针对具体的LED应用选择适合的LED驱动解决方案，还需要为LED提供适当的保护，因为偶尔LED也会失效。其原因多种多样，可能是因为LED早期失效，也可能是因为局部的组装缺陷或是因瞬态现象导致失效。必须对这些可能的失效提供预防措施，特别是因为某些应用属于关键应用(故障停机成本高)，或是安全攸关的应用(如头灯、灯塔、桥梁、飞行器、飞机跑道等)，或是在地理上难于接近的应用(维护困难)等。在这方面，可以采用安森美半导体的NUD4700 LED分流保护解决方案。图5是这种分流保护解决方案的应用及原理示意图。

在LED正常工作时，泄漏电流仅为近100 μA；而在遭遇瞬态或浪涌条件时，LED就会开路，这时NUD4700分流保护器所在的分流通道激活，所带来的压降仅为1.0 V，将带给电路的影响尽可能地减小。这器件采用节省空间的小型封装，设计用于1 W LED(额定电流为350 mA@ 3 V)，如果散热处理恰当，也支持大于1 A电流的操作。



图5：安森美半导体NUD4700 LED开路分流保护器的应用示意图

总结：

LED所拥有的众多优势使其在通用照明市场越来越受到青睐。安森美半导体身为全球领先的高性能、高能效硅解决方案供应商，不论是采用离线交流电源或是宽输入范围的直流-直流(DC-DC)电源供电的LED照明应用，都能提供高能效的电源转换控制及LED驱动解决方案，满足相关应用需求，并提供极高能效，支持节能环保的最新趋势，受到客户的推崇。