基于交流或直流电源的LED驱动电路设计实例

导读: 相较于白炽灯等传统光源，LED具有能效高、寿命长、指向性好等众多优势，越来越受业界青睐用于通用照明市场。而LED在通用照明市场的应用涉及多方面的要求，需要从系统的角度去考虑。

　　根据具体应用的不同，LED可能会采用不同的电源来供电，如交流线路、太阳能板、12 V汽车电池、直流电源或低压交流系统，甚至是基于碱和镍的电池或锂离子电池等。

　　1）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。NCP1014/1028的应用设计示意图如下面的图1所示。值得一提的是，这设计具有开路输出保护功能，会在开路时将输出钳位至24 V电压。在这设计中，电流和开路电压能够通过简单地改变电阻/齐纳二极管组合来调整。值得一提的是，如果针对230 Vac交流线路使用另一种可选变压器，则NCP1014能够提供高达19 W的功率，NCP1028能够提供高达25 W的功率。

　　图1：安森美半导体离线式第二代LED驱动器NCP1014/1028的应用示意图。

　　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。例如，欧盟的国际电工委员会（IEC）针对照明（功率大于25 W）的要求中具有针对总谐波失真（THD）的规定。而在美国，能源部"能源之星"项目固态照明标准中对PFC带有强制性要求（而无论是何种功率等级），即针对住宅应用部分要求功率因数高于0.7，而针对商业应用部分要求功率因数高于0.9。这标准属于自愿遵守的标准，并非强制性要求，但有些应用可能需要良好的功率因数。例如，公营事业机构将推动LED的大规模应用，应用在公用设施级别的LED可望拥有较高功率因数；而且公营事业机构拥有或提供LED街灯服务时，LED是否具有较高功率因数（通常大于0.95）取决于公营事业机构的意愿，如果他们愿意，则相应的LED驱动解决方案必须满足这方面的要求。

　　图2：需要PFC的LED驱动应用中不同架构对比。

　　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。

　　另一方面，如上所述，在不需要隔离的应用中，可以采用较为简单的降压拓扑结构，这种结构所使用的电感比变压器小得多，而且只需要很少的元件来实现这种解决方案。这种架构采用的是峰值电流控制（PCC）模式，工作在深度连续导电模式（CCM）。这种架构具有多种优势，如可以消除使用大电解输出电容、具有"良好"稳流的简单控制原理，以及能够充分利用安森美半导体的动态自供电（DSS）技术能力来直接从交流线路为驱动器供电。图3显示的是安森美半导体NCP1216 PWM电流模式控制器的应用设计示意图。

　　图3：采用峰值电流控制的NCP1216非隔离型离线式LED驱动应用。

　　它充分利用高压工艺技术的优势，从交流主电源直接为控制器供电，进一步简化了电路。这设计适合120 Vac条件，若要用于230 Vac条件，则需要变更少许元件，如功率FET和电容。由于这是一种非隔离型AC-DC设计，所以存在高压。而且这是一项浮动设计，IC和LED并非对地参考。在对器件进行供电之前，LED必须连接至电路板。

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