LED照明應(yīng)用的電源解決方案

LED便攜背光應(yīng)用電源解決方案

與傳統(tǒng)的光源相比，發(fā)光二極管(LED)具備眾多的優(yōu)點(diǎn)，如工作電壓低，能效高，很小巧并產(chǎn)生定向光。它們能夠提供極寬廣的色彩以及白光，不產(chǎn)生紅外(IR)或紫外(UV)輻射，而且由于它們是固態(tài)器件，在機(jī)械上很強(qiáng)固，并且不含汞，在恰當(dāng)設(shè)計(jì)和使用時(shí)能夠具有超過(guò)5萬(wàn)小時(shí)的工作壽命，遠(yuǎn)長(zhǎng)于標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的1千小時(shí)壽命。此外，它們還完全可調(diào)光。這些優(yōu)點(diǎn)使得LED的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如今已擁有眾多的應(yīng)用市場(chǎng)，如建筑景觀照明、交通信號(hào)燈、顯示屏、零售、中小尺寸液晶顯示屏(LCD)背光、汽車(chē)和太陽(yáng)能等，并在街道照明、住宅照明乃至中大尺寸LCD背光方面擁有越來(lái)越大的發(fā)展空間。

高亮度LED對(duì)于照明設(shè)計(jì)、全球能源節(jié)省和創(chuàng)新產(chǎn)品具有重大意義，對(duì)催生固態(tài)照明革命至關(guān)重要。這種革命需要一種整體性的途徑，在這其中，LED與電源轉(zhuǎn)換和控制電子器件以及熱管理解決方案和光學(xué)器件集成在一起。

LED照明應(yīng)用的電源解決方案

如上所述，LED本質(zhì)上是低電壓器件;根據(jù)色彩和電流的不同，LED的正向電壓介于不足2 V至4.5 V之間。此外，LED需要采用恒定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)，從而確保獲得所需的發(fā)光亮度和色彩。這就需要相應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換和控制解決方案能夠適應(yīng)不同的電源，無(wú)論是交流線路、太陽(yáng)能板、12 V汽車(chē)電池、直流電源或低壓交流系統(tǒng)，甚至是基于堿和鎳的電池或鋰離子電池。

作為一家全球領(lǐng)先的高能效電源半導(dǎo)體供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體專(zhuān)注于運(yùn)用自身的低電壓和高電壓技術(shù)以及在電源管理解決方案方面的專(zhuān)長(zhǎng)來(lái)應(yīng)對(duì)LED照明所面臨的挑戰(zhàn)：無(wú)論是便攜顯示產(chǎn)品、汽車(chē)內(nèi)部照明或LED信號(hào)燈的鎮(zhèn)流器。在下文中，我們將結(jié)合LED照明的多種不同應(yīng)用，如建筑、工業(yè)、汽車(chē)和便攜應(yīng)用等，討論安森美半導(dǎo)體相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電源解決方案。

1)可集成最高700 V高壓FET的離線型AC-DC開(kāi)關(guān)電源解決方案

圖1(a)：輸入功率小于10 W的LED照明解決方案功能框圖

安森美半導(dǎo)體在將電源從交流主電源轉(zhuǎn)換為功率等級(jí)在幾瓦至幾百瓦范圍之間、適合多種不同應(yīng)用的可用能源方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。安森美半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)出了結(jié)合高壓開(kāi)關(guān)晶體管和中等電壓模擬電路的極高壓集成電路(VHVIC)，針對(duì)寬廣的功率需求提供集成了高性價(jià)比解決方案。安森美半導(dǎo)體提供多種固定頻率控制器和轉(zhuǎn)換器，將電壓高至700 V的高壓場(chǎng)效應(yīng)管(FET)集成至簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、元件數(shù)量少的解決方案之中。

這類(lèi)解決方案包括三個(gè)方面：?jiǎn)纹涣?直流(AC-DC)恒流驅(qū)動(dòng)器，功率范圍在5至15 W之間，如NCP1013、NCP1014和NCP1028等。NCP系列離線控制器，同時(shí)包含隔離型和非隔離型，功率高達(dá)150 W。安森美半導(dǎo)體提供用于街道照明、具有單段式功率因數(shù)校正器(PFC)的參考設(shè)計(jì)。

圖1(b)：輸入功率介于10至25 W的LED照明解決方案功能框圖

PFC解決方案

對(duì)于功率低于25 W(230 Vac)的較低功率應(yīng)用而言，最常用的是集成電源開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，因?yàn)樗梢詫⒃?shù)量減至最少。高于這個(gè)功率范圍，則可以使用控制器，因?yàn)榭刂破鳛樵O(shè)計(jì)人員在選擇這種應(yīng)用最適合的高壓FET方面提供靈活性?？刂破骷瓤捎糜诟綦x應(yīng)用，也可用于非隔離應(yīng)用，而安森美半導(dǎo)體提供多種不同的增值特性，允許設(shè)計(jì)人員針對(duì)其具體設(shè)計(jì)要求優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖2：NCP1351離線式LED驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)

圖2顯示的是安森美半導(dǎo)體NCP1351離線式LED驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)。這參考設(shè)計(jì)的輸入功率范圍介于85至265 Vac之間，具有尺寸小、成本低、良好線路穩(wěn)壓等特性，在20 W負(fù)載具有80%的高能效，并集成了過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù)等安全特性，最大尺寸僅為125×37×35 mm。

圖3(a)：傳統(tǒng)的2段式PFC架構(gòu)

IEC1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定了限制注入至交流線路中諧波的規(guī)范。就照明應(yīng)用而言，如果輸入功率大于25 W(C類(lèi))，這個(gè)規(guī)范就會(huì)適用。此外，即使在某些地區(qū)并不要求遵從這項(xiàng)IEC規(guī)范，也可能對(duì)最低功率因數(shù)提出要求。這樣一來(lái)，這些應(yīng)用中就需要前端PFC控制器。增加這樣一個(gè)段會(huì)導(dǎo)致符合能效和空間等其它系統(tǒng)要求方面的困難，除非作出明智的選擇。

圖3(b)：改進(jìn)的單段式PFC架構(gòu)

幸運(yùn)的是，安森美半導(dǎo)體深刻理解這些挑戰(zhàn)，擁有創(chuàng)新的PFC控制器產(chǎn)品陣容，符合設(shè)計(jì)人員對(duì)簡(jiǎn)單、緊湊和強(qiáng)固解決方案的期望。安森美半導(dǎo)體不僅支持傳統(tǒng)的2段式應(yīng)用，也推出了數(shù)款進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的獨(dú)特解決方案，如NCP1651單段式反激控制器。

NCP1651在單芯片解決方案中集成了功率因數(shù)校正和轉(zhuǎn)換器，帶有外部FET，允許根據(jù)所需功率實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的解決方案。NCP1651具有隔離型降壓功能，支持連續(xù)或不連續(xù)模式操作，并支持平均電流模式控制(ACMC)和固定頻率控制，其高精度乘法器可用于降低總體諧波失真(THD)。它還具有過(guò)溫關(guān)閉和外部關(guān)閉等功能。這款單段式PFC控制器適合于電子鎮(zhèn)流器、街燈、交通信號(hào)燈和照明等應(yīng)用。