国家半导体大功率长寿命LED照明系统解决方案

由于拥有更高的效率与更长的使用寿命，LED的使用日益普及。因此，供电电源需要具有更高效率，至少要有与LED相同的使用寿命。美国国家半导体公司提出了一款解决方案，能够确保效率达到90%并拥有超长的使用寿命。

　　就THD（总谐波失真）而言，欧洲标准EN61000-3-2对功率损耗超过25W的照明装置有严格限制。此外，这些照明装置需要满足功率因数要求。为此，需要包含有源PFC（功率因数校正），以确保输入电流与输入电压吻合。

　　下文将讨论LED驱动器满足这些要求的工作原理，并对AC/DC降压转换器如何高效地驱动30只同串的高亮度LED进行说明。

　　此外，本文还将给出另外一种实现方法的结构示意图，即采用隔离式AC/DC电源及一款具有动态余量控制的LM3464。通过避免电磁干扰，该方案具有极高效率。

　　简介

　　LED正越来越广泛应用于照明改造、工业照明、商业照明、街道照明以及其它众多领域，其效率以及使用寿命已经得以证实，为提供更高可靠性，它需要一个良好的电源以满足其需求。我们的第一个方案是由两级构成：一个前端PFC与一个LM3445 LED驱动器。

　　图一给出了结构框图，该方案无需电流隔离并提高了工作效率。总系统效率更多地取决于AC/DC隔离变压器。反激式PFC虽然经济，但效率很难超过85%。在第一个方案中，在散热装置和LED之间使用绝缘胶层或陶瓷层进行隔离，由于变压器无须隔离，其效率变得更高。

　　

　　图1，结构图

　　该电源的主要目的是将整流AC输入转换为DC稳压电流，以下是一个优化示例，示意在350mA电流下如何驱动功率达到35W的30个高亮度白光LED。该电源为LED提供了保护，限定了瞬态输入电压，并在热插拔时避免了电流浪涌。总的电源一致性（电源母线谐波（EN），电源母线干扰，国际安全标准等）全部符合欧洲标准（EN）。

　　下面是一个使用镇流器对35W的T8管进行替换的示例，见图2。在LED串开路、短路或过载的情况下，可以保护镇流器以免发生故障。它确保了任何元件都不会在故障下过热或烧毁，以确保设计的稳定性。

　　

　　图2，使用镇流器时35W的T8灯管进行替换。

　　镇流器与T8的主要特点如下：

　　? 适用于欧洲输入电压范围，但可以进一步扩展到从85VAC?265VAC的更宽范围。

　　? PF为0.98

　　? 输出电流为350mA

　　? 输出电压为100V±20%（取决于LED VF）

　　? 母线谐波符合EN61000 - 3 - 2 C类标准要求

　　? 电磁干扰（导电性）符合EN55022 标准要求

　　? 电磁干扰（辐射）符合现行EN55022 标准要求

　　? 效率为87%

　　? 符合现行安全标准要求

　　? 被动冷却方式

　　? 温度范围-20 ° C?+65 ° C

　　? 使用聚合物电容器延长寿命

　　? 使用共享电流的3串90 LED LCW_G5GP-GX-6S的欧司朗T8管。

第一级PFC

　　大多数基本的AC/DC电源在输入线路中都会产生谐波失真且功率因数较差，因此很难满足欧洲标准EN - 61000 - 3 – 2的要求。该解决方案使用PFC电路，使输入电流波形与输入电压波形同样为正弦波波形。

　　对于镇流器产品，则符合欧洲EN - 61000 - 3 - 2C类标准。该标准适用于所有的照明产品，包括有源输入功率大于25W的调光设备。

　　PFC作为升压转换器，在临界导通模式下运行。它提供了一个相对稳定的输出电压（380VDC），作为LED驱动器输入电压。LED驱动器作为恒定电流控制降压转换器，将更适用于整流输入电压。

　　由于LED驱动器具有更高输入纹波，在380 VDC环境中将用较小电容。由于故障率较高，为保持长久的使用寿命，不允许使用电解电容器。

　　这种镇流器使用EPCOS薄膜电容器来替代电解电容，根据内部指标对所有组件的额降值加以限定，这最大限度地减小了故障率，延长了整个系统的使用寿命。

　　第二级是LED驱动器 ， 选用了LM3445恒流控制器。

　　LM3445是一个具有自适应恒定关断时间的AC/DC降压恒流控制器，兼容三端双向可控硅开关（TRIAC）调光与脉冲宽度调制（PWM）信号。LM3445为大功率LED照明提供了恒定的电流值，调光解码器允许更宽范围的LED调光。

　　图3 详细地示意了LED驱动器在一个完整交流电周期内Q3的漏源电压和电流情况。

　　该周期可划分为几个不同阶段，曲线如下：

　　1.闭合阶段

　　2.导通阶段

　　3.断开阶段

　　4.断开阶段，能量转移至负载

　　

　　图3，LED驱动器在一个完整交流电周期内Q3的漏源电压和电流情况。

　　该LED驱动器采用恒定关断时间控制，通过一串LED调节电流。当MOSFET导通时，通过电感器的LED电流增加，直到达到由参考电压和电流检测电阻限定的峰值为止。达到该峰值电流后，MOSFET关断，同时二极管在Toff期间导通。

为驱动更多的LED，进行了一些改进，包括成功串接了60只LED。在输出功率为70W时，其总效率可达92%，通过并联其他LM3445可以驱动多串LED（每串30只），但将需要更多电