單段隔離型功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器

　　功率因數(shù)校正，就是將畸變電流校正為正弦電流，并使之與電壓同相位，從而使功率因數(shù)接近于1。提高功率因數(shù)對于降低能源消耗，減小電源設(shè)備的體積和重量，縮小導(dǎo)線截面積，減弱電源設(shè)備對外輻射和傳導(dǎo)干擾都具有重大意義。故而有功率因數(shù)校正的LED驅(qū)動器越來越受歡迎。本文將以安森美半導(dǎo)體的兩款單段隔離功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器NCP1652A及NCL30001為例，介紹高能效的單段功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器的設(shè)計方法及應(yīng)用方案。

　　單段隔離型功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器解決方案有：基于NCL30000的離線型高功率因數(shù)Triac可調(diào)光LED驅(qū)動器；用于高壓LED燈串的基于NCP1044升壓式轉(zhuǎn)換器的LED單段功率因數(shù)校正驅(qū)動方案；基于NCL1652A控制器的降壓-升壓式反激變換LED驅(qū)動器和基于NCL30001和NCS1002的區(qū)域照明應(yīng)用恒流LED驅(qū)動器等。本文主要以NCP1652A和NCL30001為例，介紹單段隔離功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器的設(shè)計方案。

　　NCL1652A及NCL30001均是采用連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）工作，這種方案集成了PFC和隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換電路，并提供恒定電流來直接驅(qū)動LED。它相當(dāng)于將AC-DC轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動兩部分電路整合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，省去了LED光條中集成的線性或DC-DC轉(zhuǎn)換器，這種整體式方案的電源轉(zhuǎn)換段更少，減少元器件使用數(shù)量（如光學(xué)元件、LED、電子元件及印制電路板等），降低系統(tǒng)成本，并支持更高的LED電源總體能效。當(dāng)然，這種方案的功率密度更高，可能并不適合所有區(qū)域照明應(yīng)用，其光學(xué)圖案可能更適合低功率的LED，典型應(yīng)用包括LED街燈、外墻燈、洗墻燈及電冰箱箱體照明等。

　　用于通用電源、電信電源的LED驅(qū)動器

　　NCP1652A控制器是專門針對連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）的降壓-升壓式反激轉(zhuǎn)換器應(yīng)用而設(shè)計的，可以為功率較高應(yīng)用的有源鉗位緩沖提供一個第二個柵極驅(qū)動輸出，反激變壓器的漏感能量引起的電壓尖峰是一個重要問題。采用NCP1652A可以設(shè)計一種相對新穎又簡單、使用隔離型單段轉(zhuǎn)換拓撲結(jié)構(gòu)的離線功率因數(shù)校正15 Vdc及更高輸出功率電源，用于通用電源、電信分布式電源前端及用于區(qū)域照明和分布式照明應(yīng)用的恒壓LED驅(qū)動器?；贜CP1652A控制器的單段功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器，電路原理圖如圖1所示，采用的是通用交流輸入的48V DC、2A的電源，反激變壓器T1只需要相對較少的磁性電流元件即可用于高效連續(xù)導(dǎo)電模式，測試結(jié)果表明，此方案可以提供近90%的能效，在大多數(shù)典型負載下功率因數(shù)超過0.95。

　　圖1 基于NCP1652A的單段轉(zhuǎn)換器的完整原理圖

　　用于區(qū)域照明應(yīng)用的LED驅(qū)動器

　　NCL30001控制器的規(guī)格特性還包括高壓啟動電路、電壓前饋以改善環(huán)路響應(yīng)、輸入欠壓檢測、內(nèi)部過載定時器、拴鎖輸入，以及減少輸入線路諧波的高精度乘法器。NCS1002是一款次級端恒壓恒流（CVCC）控制器，適合LED街燈等區(qū)域照明應(yīng)用，配合NCL30001控制器更可以設(shè)計出高功效、具有調(diào)光功能的LED驅(qū)動器演示板，可用于要求直接恒流輸出的40W到100W功率范圍的應(yīng)用，電流可在0.7A至1.5A之間調(diào)節(jié)，配合更寬范圍的大功率高亮度LED，適用于高架、隧道、停車場和道路照明等區(qū)域照明應(yīng)用的恒定電流LED驅(qū)動器?；贜CL30001和NCS10002的90W演示板，如圖2所示，測試結(jié)果顯示，在50W輸出功率、1000mA輸出電壓/48V正向壓降條件的能效高于87%，在50%至100%負載條件下功率因數(shù)高于0.9。這種特殊設(shè)計是針對需要大于3A的驅(qū)動能力的LED而優(yōu)化的，如Luminus Devices公司的CSM360和SST90。這種設(shè)計可以支持多達8個SST90串聯(lián)或2個CSM360器件。CSM360 LED在驅(qū)動電流為3.2A條件下標稱正向電壓為12.8 V，這取決于色溫和光通量可以產(chǎn)生1600-3900流明。

　　圖2 基于NCL30001和NCS10002的90W演示板

　　總結(jié)：

　　使用單段拓撲結(jié)構(gòu)可以大大降低整體元器件的材料成本，同時還能在緊湊結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)高功率因數(shù)和表現(xiàn)良好的啟動特性。為了確保方案的穩(wěn)健和可靠性，上述設(shè)計方案中均對電路使用了多重的保護。