LED照明驅動電源方案選擇指引

1、照明驅動電源方案選擇指南解決方案：不同功率供電通用照明應用要求及方案?不同功率供電通用照明應用要求及方案?特別適合低電流照明應用的線性恒流穩(wěn)流器?照明解決方案周邊元器件?本文旨在探討通用照明市場不同功率范圍及不同電源供電應用的要求，以及適用的驅動器及相關元器件， 幫助照明設計工程師盡擇適合的元器件方案，加快上市進程。不同功率供電通用照明應用要求及方案不同功率的交流 -直流 () 照明應用所適合的電源拓撲結構各不相同。如在功率低于 80 W 的應用中，反激拓撲結構是標準選擇；而在講究高能效的應用中，諧振半橋雙電感加單電容( )是首選。安森美半導體提供覆蓋寬廣功率范圍的照明方案，表 1 列舉了幾種

2、典型的安森美半導體照明方案。表 1：安森美半導體典型通用照明解決方案。從應用的功率等級來看，供電的通用照明應用包括低功率、中等功率和大功率等不同類型。低功率應用的功率范圍通常在 1 到 12 W 之間，中等功率涵蓋 8 到 40 W 范圍，大功率應用的功率常高于 40 W。1)1 W 至 8 W 通用照明應用要求及方案在 1 W 到 8 W 的低功率通用照明方面， 典型應用如G13、10、16、20 和嵌燈等。這類應用的輸入電壓范圍在交流90 至 264 V 之間，恒流輸出電流包括 350 和 700 兩種，能效要求為 80%，并要求提供短路保護和過壓保護等保護特性。在這類應用中，可以采用安森

3、美半導體的 1015 自供電單片開關控制。這器件集成了固定頻率 (65/100/130 ) 電流模式控制器和 700 如軟啟提供構建強固的低成本電源所需的全部特性， 的高壓，V動、頻率抖動、短路保護、跳周期、最大峰值電流設定點及動態(tài)自供電功能 (無需輔助繞組 )等。值得一提的是， 1015在 1 W 到 8 W 照明應用中，既可以用于隔離型方案，也可用于非隔離型方案，滿足客戶的不同應用需求。這兩種方案的成本差不多。 但隔離型方案采用變壓器實現(xiàn)電氣隔離，方案中包含簡單的反饋電路和用于負載開路及故障保護的鉗位電路，安全性高，更適合于需求通過安規(guī)認證的應用。非隔離型方案采用抽頭電感來隔離交流信號，能

4、提高工作的占空比，提高系統(tǒng)能效及電路性能。圖 1：基于安森美半導體 1015 的 1 至 8 W 隔離型 (a)及非隔離型 (b) 照明方案。上述基于 1015 的隔離型及非隔離型方案均不含，但安森美半導體也提供含的 10151014方案，為客戶提供更多選擇。2)8 W 至 25 W 通用照明應用要求及方案：無與有在 8 25 W 照明應用中， 我們要考慮兩種情況。 一種是應用不要求功率因數(shù)校正 ()。另一方面， 美國能源部 ()“能源之星”固態(tài)照明()規(guī)范規(guī)定任何功率等級皆須強制提供功率因數(shù)校正()。這標準適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺燈，其中，住宅應用的驅動器功率因數(shù)須大于 0.

5、7，而商業(yè)應用中則須大于 0.9。但這標準屬于自愿性標準，即可選擇不遵從或遵從。因此，要考慮的另一種情況是要求。不需要的 8 W 到 25 W 照明方面，典型應用如 30、 38 和嵌燈。在這類應用中，輸入電壓要求為 85135 或 185264(或通用輸入 )，能效要求大于 80%，提供短路保護及開路保護等保護特性， 恒流輸出電流為 350 、700 及 1 A 等不同電流。相應地，可以采用安森美半導體的 1028或 1351，見圖 2。圖 2：基于 1028 和 1351的 8-15/25 W照明方案 (無)其中， 1028 是一款增強型單片開關控制，提供800 峰值電流，還提供過功率保護

6、、 內置斜坡補償及輸入欠壓保護等特性，適用于在通用寬電源輸入的應用中提供幾瓦至15 W 的輸出功率。除了基于 1028的無方案，安森美半導體現(xiàn)也提供基于1028 的有的方案。 1351 則是一款固定導通時間、可變關閉時間脈寬調制()控制器，適用于成本至關重要的低功率離線反激開關電源應用。這器件支持頻率反走，還具有閂鎖輸入、自然的頻率抖動、負電流感測及擴展的電源電壓范圍等特性。在要求的 8 W 到 25 W照明方面，典型應用同樣是30、38 和嵌燈。這類應用的輸入電壓規(guī)格為90 至 264 ，能效要求 80%，支持 350 、700 及 1 A 恒流輸出，提供短路及過壓保護，功率因數(shù)要求高于 0

7、.9。這類應用適合采用安森美半導體的 30000單段式減少元單段式拓撲結構省下專用升壓段， 功率因數(shù)校正驅動器。 器件數(shù)量，幫助降低系統(tǒng)總成本。 30000提供高于 0.9 的功率因數(shù)，滿足 C 類諧波含量要求。這器件能夠直接驅動，帶精確恒流輸出控制，在 5 至 15 W 的較低輸出功率時能效高于 80%，典型能效高于 83%，并支持等現(xiàn)有調光方案。圖 3：基于 30000 的 8-25 W 照明方案 (有 )3)50 W 至 200 W 通用照明應用要求及方案功率高于 50 W 的 應用廣泛用于街道照明及大功率區(qū)域照明，可以采用不同的方案，用于50 150 W或 100W -200 W 的功

8、率范圍。假定其輸入電壓規(guī)格為90264 ，功率因數(shù)高于 0.9，能效大于 85%，提供短路及過壓保護，及350 、700 和 1 A 的恒流輸出。此類應用可以采用下述不同方案，適應不同需求：驅動器；：單段式 3000116071377：；16071397或 1392/3：。圖 4：基于 30001 的 40-150 W 照明方案以 30001為例，這是一款電流連續(xù)模式 ()控制器，用于40W到150 W 功率范圍的單段式功率因數(shù)校正驅動器。這器件支持20到 250 的可調節(jié)開關頻率， 支持頻率抖動和電壓前饋， 包含輸入欠壓和過載定時器， 提供高能效和高功率因數(shù)及強固的保護特性，圖 4 是 30

9、001的典型應用電路圖。值得一提的是， 近年來， 業(yè)界對超高能效的照明拓撲結構興趣日濃，期望在相對較低的功率電平 (<50 W)提供高于 90%的能效，這個能效目標甚至比“能源之星” 2.0 版外部電源能效要求 (功率不超過 49 W 時能效高于 87%)更高。要達到這樣高的能效，需要采用新的拓撲結構，如從反激拓撲結構轉向諧振半橋拓撲結構，從而充分發(fā)揮零電壓開關 ()的優(yōu)勢。有利的是，安森美半導體早已著手開發(fā)能用于驅動電源的高能效半橋解決方案，如 1396及其升級版 1397 高性能諧振模式控制器。 1397內置高端和低端驅動器，支持可調節(jié)及精確的最低頻率，提供極高能效，并具備多種故障保

10、護特性。不同功率供電通用照明應用要求及方案4)1 3 W降壓應用典型 1 3 W 降壓照明應用包括 1116、汽車照明、太陽能供電等。這類應用的輸入電壓為 5 到 28 ，支持 350 和 700 恒流輸出， 頻率達 500 至 2 ，能效不低于 90%，工作溫度范圍為 -40至 125。在這類應用中，可以采用安森美半導體的4201 降壓驅動器。這器件擁有專利的開關控制架構，可驅動7 顆串聯(lián) (24 V 輸入時 )，能效高達 94%，并提供開路保護、限流和過熱保護等保護特性。圖 5： 4201 1-3 W 方案。5)1 30 W降壓應用典型 1 30W降壓應用包括16 射燈、街道照明中的次級端

11、驅動器。這類應用中， 輸入電壓范圍為7 至 120 ，輸出電壓范圍為6至 110 ，支持 350 、700 或 1 A 恒流輸出，能效不低于90%。這類應用可以采用安森美半導體的30100降壓驅動器， 這器件外置開關，提供靈活的輸入電壓和輸出電流設計，能效高于95%，其應用電路圖參見圖6(a)。圖 6：基于 30010的 1-30 W 降壓應用和基于 3066 的 3-20 W 升壓應用。6)1 20 W升壓應用典型 3 20 W升壓應用常見于驅動器。這類應用的輸入電壓為5 至 28 ，支持 350 或 700 恒流輸出，能效不低于 90%。這類應用可以采用安森美半導體的 30653066 驅

12、動器。 30653066能夠配置為降壓、升壓、單端初級電感轉換器 ()和逆變器等不同模式，并提供相應的汽車應用版本，即30653066。圖 6(b)顯示的是 3066 的升壓配置應用電路圖。7)1 3 W 手電筒升壓 / 降壓應用1 3 W 手電筒應用中既有升壓型，也有降壓型。升壓型應用的輸入電壓范圍為 1 至 2.5 ，工作頻率達 1.2 ；降壓型應用的輸入電恒 600 或 350 兩類應用都需支持。 1.7 頻率達， 5.5 至 4 壓范圍為流輸出，能效高于 90%。在 1-3 W 手電筒升壓應用可采用安森美半導體的 1421 升壓轉換器，同等功率范圍的手電筒降壓應用可以采用安森美半導體的

13、 1529 低壓降壓轉換器，應用電路圖分別如圖 7(a)和圖 7(b)所示。圖 7：基于 1421 的升壓型和基于 1529的降壓型 1-3 W 手電筒應用。特別適合低電流照明應用的線性恒流穩(wěn)流器前文根據(jù)不同的供電類型， 探討了不同功率范圍應用的要求及適合采用的驅動電源方案。 但縱觀不同的照明應用， 可以發(fā)現(xiàn)有一類應用側重于低電流應用， 典型應用如商業(yè)和工業(yè)標識牌、 汽車停車燈和尾燈， 以及建筑物和裝飾照明等。 這類低電流應用常見的驅動方案包括低壓降線性穩(wěn)壓器和電阻等。這兩種驅動方案各有其優(yōu)劣勢。安森美半導體利用正申請專利的自偏置晶體管()有利的是，技術，結合自身超強的工藝控制能力，推出一種新

14、的低電流驅動方案 45 系列雙端和三端線性恒流穩(wěn)流器 ()。這種方案比線性穩(wěn)壓器更簡單， 且成本更低， 但性能相比電阻方案又大幅提升，填補了市場空隙。 45 系列提供眾多優(yōu)勢，如在寬電壓范圍下保持亮度恒定， 輸入電壓較高時保護免受過驅動影響，輸入電壓較低時仍使較亮， 幫助減少或消除編碼庫存， 以及幫助降低系統(tǒng)總成本等，非常適合低電流電流應用。照明應用方案周邊元器件眾所周知，照明系統(tǒng)較為復雜，涉及光學、電和熱等不同范疇。安森美半導體身為應用于綠色電子產(chǎn)品的首要高性能、 高能效硅方案供應商，提供完整的照明解決方案，除了驅動電源外，還包括通信、光傳感器、 、整流器、保護、濾波器和熱管理產(chǎn)品，參見圖 8。例如，環(huán)境光及街燈強度控制、背光強度控制和顯示屏白平衡控制等應用需要能耗極低的環(huán)境光傳感器， 并要求光傳感器支持精確的低光等級工作， 特別是在存在濾光的情況下。 在這類應用中，安森美半導體提供包括光傳感器、 驅動器及高速 I2C 接口的光電產(chǎn)品組合，其中的光傳感器產(chǎn)品包括1211(模擬輸出 )、1302(數(shù)字輸出 )和 1305(數(shù)字輸出 )等。這些光傳感器的工作電流極低，在 100 流明光輸出條件下分別僅為 58 A、550 A 和 115 A。此外，街燈等應用為了降低后期維護成