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評減少LED元件數(shù)量的安森美NCL3008x高能效初級端穩(wěn)流方案

發(fā)布時間:2013-06-24 責(zé)任編輯:Cynthiali

【導(dǎo)讀】典型的LED燈泡包含LED陣列、驅(qū)動電路、散光罩、散熱片和螺旋燈頭等主要組件。驅(qū)動電路和高能效LED驅(qū)動器IC無疑是其中的重點(diǎn)。常見的驅(qū)動LED串的隔離型反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總是優(yōu)勢與缺點(diǎn)并存,如何克服經(jīng)典方案的缺點(diǎn)提高能效?安森美針對交流供電LED照明應(yīng)用開發(fā)了專有的初級端恒流控制技術(shù),并通過示例講述如何幫助驅(qū)動器設(shè)計減少元件數(shù)量、節(jié)省電路板空間、提升能效。

近年來,世界上多個國家制定政策以分階段淘汰白熾燈泡。如中國計劃于2015年60W 以上普通照明用白熾燈泡全部淘汰。熒光燈及緊湊型熒光燈(CFL)的能效比白熾燈高,但含劇毒物質(zhì)汞,存在環(huán)保顧慮。相比較而言,具備環(huán)保優(yōu)勢、近年來成本穩(wěn)步下降的高亮度白光LED技術(shù)已經(jīng)快速改進(jìn),如今在光輸出方面已可與CFL等正面交鋒,并且還大幅提升能效及延長使用壽命,適合于白熾燈泡替代等LED通用照明應(yīng)用。

LED燈泡的驅(qū)動挑戰(zhàn)及常見驅(qū)動方法

大多數(shù)LED是低壓器件,最適合采用恒定電流驅(qū)動。要在通用照明應(yīng)用中最大限度發(fā)揮LED節(jié)能優(yōu)勢,就要采用適合的LED驅(qū)動電路。

以LED燈泡為例,典型的LED燈泡包含LED陣列、驅(qū)動電路、散光罩、散熱片和螺旋燈頭等主要組件。就驅(qū)動電路而言,高能效LED驅(qū)動器IC無疑是其中的重點(diǎn)。因為LED燈泡的形狀固定,散熱受限,采用高能效LED驅(qū)動器則可幫助將更多電能轉(zhuǎn)化為光能,幫助散熱。此外,由于LED燈泡空間有限,故須減小驅(qū)動電子電路的尺寸以使剩余空間增多,同時增大散熱片面積;較大功率的燈泡尤為如此。不僅如此,LED正在發(fā)生迅速變化,提供多種選擇,這對LED驅(qū)動器的選擇也構(gòu)成了挑戰(zhàn)。出于安規(guī)、LED選擇等因素,設(shè)計人員還須考慮是采用隔離還是非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),由此也影響到LED驅(qū)動器的選擇。                                  
                                                    圖1:典型LED燈泡剖視圖
                                                         圖1:典型LED燈泡剖視圖                                                 

一種常見的LED驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是隔離型反激(見圖2)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)除了提供電氣安全隔離以外,還能對LED串要求的電流進(jìn)行穩(wěn)流。安全低壓次級端的電路感測LED電流及電壓,并在安全界限內(nèi)提供反饋信號,以控制電源轉(zhuǎn)換過程。次級端元件包括偏置電路、雙運(yùn)算放大器、精密參考、用于反饋的光耦,以及用于監(jiān)測LED電流及感測過壓保護(hù)故障的電流及電壓感測電阻等。
 
                  圖2:常見的驅(qū)動LED串的隔離型反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
                                               圖2:常見的驅(qū)動LED串的隔離型反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

這種經(jīng)典方案的優(yōu)勢與缺點(diǎn)并存。例如,它可以輕易地實(shí)現(xiàn)高精度的穩(wěn)流,且能夠在寬工作范圍及制造差異條件下可靠地工作。但這種方案的次級端控制電路消耗電能,由于此電能未轉(zhuǎn)化為光,故降低了能效。此外,次級端的元器件在印制電路板上占用空間并增加成本。最后,如果次級端任何元件有故障,仍須把驅(qū)動器設(shè)計成就算有故障也保安全。

克服經(jīng)典方案缺點(diǎn)的新穎的初級端穩(wěn)流技術(shù)

有利的是,設(shè)計人員可以選擇一種新的控制架構(gòu),將所要求的LED穩(wěn)流功能從次級端移到初級端,即采用初級端穩(wěn)流(PSR)技術(shù)(亦稱“初級端控制”),見圖3。初級端穩(wěn)流方案無須光耦,以及次級端恒流恒壓(CCCV)控制環(huán)路元件,如運(yùn)算放大器、TL431或齊納參考、偏置穩(wěn)壓器、電流感測電阻及用于過壓保護(hù)的電壓感測等,同時在初級端維持高穩(wěn)流精度。這就提供減少元件數(shù)量、簡化PCB布線、節(jié)省電路板空間、簡化LED選擇、提升能效及輕易符合安規(guī)等諸多優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計,設(shè)計人員通過消除次級端控制,能夠省去占用寶貴電路板空間的16至18顆甚或更多元件,這對A19 LED燈泡等應(yīng)用尤為重要。
 
                   圖3:新穎的初級端穩(wěn)流技術(shù)省去次級端控制,提供多種應(yīng)用優(yōu)勢。
                                 圖3:新穎的初級端穩(wěn)流技術(shù)省去次級端控制,提供多種應(yīng)用優(yōu)勢。

安森美半導(dǎo)體應(yīng)用初級端穩(wěn)流技術(shù)的NCL3008x系列LED驅(qū)動器功能及優(yōu)勢

安森美半導(dǎo)體的NCL3008x系列準(zhǔn)諧振初級端電流模式控制器使用初級端穩(wěn)流技術(shù),為反激及非隔離降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供高精度的恒定電流,非常適合于LED照明應(yīng)用。NCL3008x系列目前包括NCL30080、NCL30081、NCL30082和NCL30083。這些器件提供TSOP-6及Micro-8封裝,還可根據(jù)客戶需求提供SOIC-8封裝。NCL3008x系列提供0.8至0.9甚至更高的功率因數(shù),符合美國“能源之星”對輸入功率大于5 W之燈泡功率因數(shù)高于0.7的要求。這些器件的引腳數(shù)量及功能不盡相同,分別針對不同的細(xì)分應(yīng)用,詳見表1。

安森美NCL3008x系列的關(guān)鍵優(yōu)勢包括:


1)    一流的初級端穩(wěn)流精度。由于初級端穩(wěn)流精度高,能夠補(bǔ)償線路輸入電壓變化,不受常規(guī)變壓器制造差異影響,可簡化LED的選擇(無須使用過高規(guī)格/過高成本的元件來滿足流明輸出要求),能支持2:1輸出正向電壓變化(無須對LED進(jìn)行編碼,可將一個驅(qū)動器設(shè)計用于多種產(chǎn)品,且在LED性能提升后還能使用相同的驅(qū)動器);

2)    采用準(zhǔn)諧振模式工作以提供高能效,僅產(chǎn)生少量電磁干擾(EMI);

3)    提供強(qiáng)固的保護(hù)特性,如過壓保護(hù)/LED開路保護(hù)、次級端二極管短路保護(hù)、過熱關(guān)閉、輸入欠壓保護(hù)、軟啟動、短路保護(hù)、短路電流感測、提供閂鎖及自動恢復(fù)版本等。

4)    靈活的產(chǎn)品系列。提供不同功能組合,配合用戶不同應(yīng)用需求。
 
下頁內(nèi)容:基于NCL3008x系列的A型燈LED驅(qū)動器參考設(shè)計示例
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表1:安森美半導(dǎo)體NCL3008x系列產(chǎn)品概覽
                                        表1:安森美半導(dǎo)體NCL3008x系列產(chǎn)品概覽

這些器件中,NCL30080是簡單及低BOM成本版本,NCL30081則增加了5步準(zhǔn)對數(shù)調(diào)光功能。NCL30082具備熱反走/過壓保護(hù)及模擬/數(shù)字調(diào)光功能,還增加了5步準(zhǔn)對數(shù)調(diào)光及軟啟動功能。
 
                  圖4:NCL30081和NCL30083增加了5步準(zhǔn)對數(shù)調(diào)光功能。
                                                    圖4:NCL30081和NCL30083增加了5步準(zhǔn)對數(shù)調(diào)光功能。

基于NCL3008x系列的A型燈LED驅(qū)動器參考設(shè)計示例

安森美半導(dǎo)體開發(fā)了基于NCL3008x系列的多種LED A型燈參考設(shè)計。測試顯示,這些設(shè)計提供高穩(wěn)流精度、高功率因數(shù)及高能效。

1)    基于NCL30082B1的初級端反饋、高功率因數(shù)、TRIAC可調(diào)光A型燈LED驅(qū)動器設(shè)計
 
                     基于NCL30082B1的初級端反饋、高功率因數(shù)、TRIAC可調(diào)光A型燈LED驅(qū)動器設(shè)計

2)    基于NCL30080的初級端反饋、反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)A型燈LED驅(qū)動器設(shè)計
 
                      基于NCL30080的初級端反饋、反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)A型燈LED驅(qū)動器設(shè)計

3)    基于NCL30082/3的初級端反饋、分步調(diào)光、反激A型燈LED驅(qū)動器設(shè)計
 
                       基于NCL30082/3的初級端反饋、分步調(diào)光、反激A型燈LED驅(qū)動器設(shè)計

安森美半導(dǎo)體的NCL3008x系列準(zhǔn)諧振初級端電流模式控制器使用初級端穩(wěn)流技術(shù),是安森美半導(dǎo)體針對交流供電LED照明應(yīng)用開發(fā)的專有初級端恒流控制技術(shù),并已經(jīng)應(yīng)用在NCL3008x系列目前已有的4款高能效諧振模式初級端控制器上。這系列產(chǎn)品提供多種應(yīng)用優(yōu)勢,能夠幫助設(shè)計減少元件數(shù)量、節(jié)省電路板空間、提升能效、簡化LED選擇及提供高能效,且提供優(yōu)化的功能組合,以應(yīng)對客戶不同應(yīng)用需求。

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