導讀: 相較于白熾燈等傳統光源，LED具有能效高、壽命長(cháng)、指向性好等眾多優(yōu)勢，越來(lái)越受業(yè)界青睞用于通用照明市場(chǎng)。而LED在通用照明市場(chǎng)的應用涉及多方面的要求，需要從系統的角度去考慮。

根據具體應用的不同，LED可能會(huì )采用不同的電源來(lái)供電，如交流線(xiàn)路、太陽(yáng)能板、12 V汽車(chē)電池、直流電源或低壓交流系統，甚至是基于堿和鎳的電池或鋰離子電池等。

　　1）采用交流離線(xiàn)電源為L(cháng)ED供電

　　在采用交流離線(xiàn)電源為L(cháng)ED供電的應用中，涉及到眾多不同的應用場(chǎng)合，如電子鎮流器、熒光燈替代、交通信號燈、LED燈泡、街道和停車(chē)照明、建筑物照明、障礙燈和標志等。在這些從交流主電源驅動(dòng)大功率LED的應用中，有兩種常見(jiàn)的電源轉換技術(shù)，即在需要電流隔離（galvanic isolation）時(shí)使用反激轉換器，或在不需要隔離時(shí)使用較為簡(jiǎn)單的降壓拓撲結構。

　　在反激轉換器方面，根據輸出功率的不同，可以采用安森美半導體的不同反激轉換器。例如，安森美半導體的NCP1013適合于功率高達5 W（電流為350 mA、700 mA或1 A）的緊湊型設計應用，NCP1014/1028可以提供高達8 W的連續輸出功率，而NCP1351則適合于大于15 W的較大功率通用應用。

　　以NCP1014/1028為例，這是安森美半導體推出的離線(xiàn)式PWM開(kāi)關(guān)穩壓器，具有集成的700 V高壓MOSFET，均采用350 mA/22 Vdc變壓器設計及700 mA/17 Vdc配置，輸入電壓范圍為90至265 Vac，具有輸出開(kāi)路電壓鉗位、采用頻率抖動(dòng)減少電磁干擾（EMI）信號以及內置熱關(guān)閉保護等特性，適合于LED鎮流器、建筑物照明、顯示器背光、標志和通道照明及作業(yè)燈等應用。NCP1014/1028的應用設計示意圖如下面的圖1所示。值得一提的是，這設計具有開(kāi)路輸出保護功能，會(huì )在開(kāi)路時(shí)將輸出鉗位至24 V電壓。在這設計中，電流和開(kāi)路電壓能夠通過(guò)簡(jiǎn)單地改變電阻/齊納二極管組合來(lái)調整。值得一提的是，如果針對230 Vac交流線(xiàn)路使用另一種可選變壓器，則NCP1014能夠提供高達19 W的功率，NCP1028能夠提供高達25 W的功率。

　　圖1：安森美半導體離線(xiàn)式第二代LED驅動(dòng)器NCP1014/1028的應用示意圖。

　　在照明應用中，如果輸出功率要求高于25 W，LED驅動(dòng)器則面臨著(zhù)功率因數校正（PFC）的問(wèn)題。例如，歐盟的國際電工委員會(huì )（IEC）針對照明（功率大于25 W）的要求中具有針對總諧波失真（THD）的規定。而在美國，能源部“能源之星”項目固態(tài)照明標準中對PFC帶有強制性要求（而無(wú)論是何種功率等級），即針對住宅應用部分要求功率因數高于0.7，而針對商業(yè)應用部分要求功率因數高于0.9。這標準屬于自愿遵守的標準，并非強制性要求，但有些應用可能需要良好的功率因數。例如，公營(yíng)事業(yè)機構將推動(dòng)LED的大規模應用，應用在公用設施級別的LED可望擁有較高功率因數；而且公營(yíng)事業(yè)機構擁有或提供LED街燈服務(wù)時(shí)，LED是否具有較高功率因數（通常大于0.95）取決于公營(yíng)事業(yè)機構的意愿，如果他們愿意，則相應的LED驅動(dòng)解決方案必須滿(mǎn)足這方面的要求。

　　圖2：需要PFC的LED驅動(dòng)應用中不同架構對比。

　　在這類(lèi)可能需要采用PFC控制器的應用中，傳統的解決方案是PFC控制器+PWM控制器的兩段式方案。這種方案支持模塊化，且認證簡(jiǎn)單，但在總體能效方面會(huì )有折衷，如假設交流-直流（AC-DC）段的能效為87%至90%，直流-直流（DC-DC）段能效為85%至90%，則總能效僅為74%至81%。隨著(zhù)LED技術(shù)的持續改進(jìn)，這種架構預計將轉化為更加優(yōu)化、更高能效的方案。根據要求的不同，有多種可供選擇的方案，如：PFC+非隔離降壓、PFC+非隔離反激或半橋LLC、NCP1651/NCP1652單段式PFC方案。

　　另一方面，如上所述，在不需要隔離的應用中，可以采用較為簡(jiǎn)單的降壓拓撲結構，這種結構所使用的電感比變壓器小得多，而且只需要很少的元件來(lái)實(shí)現這種解決方案。這種架構采用的是峰值電流控制（PCC）模式，工作在深度連續導電模式（CCM）。這種架構具有多種優(yōu)勢，如可以消除使用大電解輸出電容、具有“良好”穩流的簡(jiǎn)單控制原理，以及能夠充分利用安森美半導體的動(dòng)態(tài)自供電（DSS）技術(shù)能力來(lái)直接從交流線(xiàn)路為驅動(dòng)器供電。圖3顯示的是安森美半導體NCP1216 PWM電流模式控制器的應用設計示意圖。

　　圖3：采用峰值電流控制的NCP1216非隔離型離線(xiàn)式LED驅動(dòng)應用。

　　它充分利用高壓工藝技術(shù)的優(yōu)勢，從交流主電源直接為控制器供電，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電路。這設計適合120 Vac條件，若要用于230 Vac條件，則需要變更少許元件，如功率FET和電容。由于這是一種非隔離型AC-DC設計，所以存在高壓。而且這是一項浮動(dòng)設計，IC和LED并非對地參考。在對器件進(jìn)行供電之前，LED必須連接至電路板。

　　對于這類(lèi)降壓控制方式而言，當控制的LED數量減少時(shí)，它的一項局限就會(huì )出現，因為這時(shí)占空比會(huì )變得極窄。而且開(kāi)關(guān)控制器在電流被感測到之前會(huì )有200至400 ns的前沿消隱電路。在這種情況下，必須降低開(kāi)關(guān)頻率來(lái)適應正常操作，并通過(guò)半波整流輸入電路將電壓保持在最低值。在這種方法中，基本架構能夠通過(guò)元件修改來(lái)輕易擴展，從而也能驅動(dòng)更長(cháng)的LED串。

2）采用寬輸入范圍的直流-直流（DC-DC）電源為L(cháng)ED供電

　　有一系列高亮度LED應用工作在8至40 VDC范圍的電源，這些電源包括鉛酸電池、12-36 VDC適配器、太陽(yáng)能電池以及低壓的12 和24 VAC交流系統。這類(lèi)的照明應用眾多，如活動(dòng)式照明、景觀(guān)和道路照明、汽車(chē)和交通照明、太陽(yáng)能供電照明，以及陳列柜照明等。

　　表1：寬輸入范圍的DC-DC LED應用。

　　即使目標是采用恒定電流驅動(dòng)LED，首先要理解的事件就是應用的輸入和輸出電壓變化。LED的正向電壓由材料特性、結溫度范圍、驅動(dòng)電流和制造容限決定。憑借這些信息，就可以選擇恰當的線(xiàn)性或開(kāi)關(guān)電源拓撲結構，如線(xiàn)性、降壓、升壓或降壓-升壓等。而安森美半導體的NCP3065/3066是一種多模式LED控制器，它集成1.5 A開(kāi)關(guān)，可以設置成降壓、升壓、反轉（降壓-升壓）/單端初級電感轉換器（SEPIC）等多種拓撲結構。NCP3065/3066的輸入電壓范圍為3.0至40 V，具有235 mV的低反饋電壓，工作頻率可調節，最高250 kHz。其它特性包括：能進(jìn)行逐周期電流限制、不需要控制環(huán)路補償、可采用所有陶瓷輸出電容工作、具有模擬和數字PWM調光能力、發(fā)生磁滯時(shí)內部熱關(guān)閉等。

　　圖4：安森美半導體NCP3065在LED恒流降壓控制應用中的示意圖。

　　為L(cháng)ED提供保護

　　如前所述，LED是一種使用壽命極長(cháng)的光源（可長(cháng)達5萬(wàn)小時(shí)）。除了需要針對具體的LED應用選擇適合的LED驅動(dòng)解決方案，還需要為L(cháng)ED提供適當的保護，因為偶爾LED也會(huì )失效。其原因多種多樣，可能是因為L(cháng)ED早期失效，也可能是因為局部的組裝缺陷或是因瞬態(tài)現象導致失效。必須對這些可能的失效提供預防措施，特別是因為某些應用屬于關(guān)鍵應用（故障停機成本高），或是安全攸關(guān)的應用（如頭燈、燈塔、橋梁、飛行器、飛機跑道等），或是在地理上難于接近的應用（維護困難）等。

　　在這方面，可以采用安森美半導體的NUD4700 LED分流保護解決方案。圖5是這種分流保護解決方案的應用及原理示意圖。

　　圖5：安森美半導體NUD4700 LED開(kāi)路分流保護器的應用示意圖。

　　在LED正常工作時(shí)，泄漏電流僅為近100 μA；而在遭遇瞬態(tài)或浪涌條件時(shí)，LED就會(huì )開(kāi)路，這時(shí)NUD4700分流保護器所在的分流通道激活，所帶來(lái)的壓降僅為1.0 V，將帶給電路的影響盡可能地減小。這器件采用節省空間的小型封裝，設計用于1 W LED（額定電流為350 mA@ 3 V），如果散熱處理恰當，也支持大于1 A電流的操作。

　　總結

　　相較于白熾燈等傳統光源，LED具有能效高、壽命長(cháng)、指向性好等眾多優(yōu)勢，越來(lái)越受業(yè)界青睞用于通用照明市場(chǎng)。而LED在通用照明市場(chǎng)的應用涉及多方面的要求，需要從系統的角度去考慮，如光源、電源轉換、LED控制和驅動(dòng)、散熱和光學(xué)等。

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