安森美半導(dǎo)體多種非隔離高功率因數(shù)LED驅(qū)動方案

　　采用交流-直流（AC-DC）電源供電的LED通用照明應(yīng)用中，常見隔離拓撲結(jié)構(gòu)與非隔離拓撲結(jié)構(gòu)。所謂“隔離”，是指輸入與輸出之間采用變壓器等進行電氣隔離。這兩種拓撲結(jié)構(gòu)各有其特點。相比較而言，非隔離拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢包括磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數(shù)量更少、總物料單成本更低，以及能以機械設(shè)計滿足安規(guī)等。安森美半導(dǎo)體提供多種非隔離高功率因數(shù)LED驅(qū)動方案，不僅可提供更高的能效，而且設(shè)計緊湊，適合不同的中低功率LED通用照明應(yīng)用，如線性熒光燈替代和大功率嵌燈及聚光燈等。

　　常見降壓非隔離應(yīng)用應(yīng)用LED驅(qū)動器方案

　　在MR16燈泡、12 V景觀照明、太陽能供電LED照明及廣告牌文字電路和標志背光等應(yīng)用中，可以采用靈活的降壓驅(qū)動器NCL30160。這器件是針對單電壓輸入的高能效、峰值電流控制降壓控制器，為MR16 LED燈泡等空間受限且講究高能效的應(yīng)用提供極佳方案。但嚴格地說，NCL30160是一款DC-DC非降壓隔離驅(qū)動器方案。

　　在G13、GU10、PAR16、PAR20及嵌燈等1至8 W低功率LED照明應(yīng)用方面，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1015自供電單片開關(guān)控制IC。這器件集成了700V高壓MOSFET，采用PDIP-7或SOT-223封裝，提供構(gòu)建強固、低成本的AC-DC LED電源轉(zhuǎn)換方案所需的全部特性。這器件既可用于隔離型方案，也可用于非隔離方案，用于滿足不同應(yīng)用要求。其中，基于NCP1015的非隔離方案采用抽頭電感來隔離交流信號，提高MOSFET工作的占空比，提高系統(tǒng)能效及電路性能可以通過減小電容或是谷底填充電路來實現(xiàn)功率因數(shù)大于0.7的要求。

　　在照明應(yīng)用中，如果輸出功率要求高于25 W，LED驅(qū)動器則面臨著功率因數(shù)校正（PFC）的問題。如美國“能源之星”項目固態(tài)照明標準中對PFC帶有強制性要求（而無論是何種功率等級），即針對住宅應(yīng)用部分要求功率因數(shù)高于0.7，而針對商業(yè)應(yīng)用部分要求功率因數(shù)高于0.9。在這類應(yīng)用中，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1607臨界導(dǎo)電模式（CrM）方案這器件既可用于隔離型方案，也可用于非隔離方案。

　　支持調(diào)光的高功率因數(shù)非隔離LED器方案

　　一些AC-DC非隔離LED照明應(yīng)用既要求高功率因數(shù)，又要求支持調(diào)光，如模擬、數(shù)字（PWM）或三端雙向可控硅開關(guān)器件（TRIAC）調(diào)光等。在這些應(yīng)用中，客戶可以采用安森美半導(dǎo)體的NCL30000功率因數(shù)校正TRIAC可調(diào)光LED驅(qū)動器，或是LV5026/29系列高功率因數(shù)可調(diào)光LED驅(qū)動器。

　　一、NCL30000/2非隔離可調(diào)光高功率因數(shù)LED驅(qū)動器拓撲結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

　　NCL30000是用于住宅及商業(yè)照明等LED照明應(yīng)用的功率因數(shù)校正可調(diào)光LED驅(qū)動器。NCL30000/2采用緊湊型的８引腳表面貼裝封裝，使用臨界導(dǎo)電模式（CrM）反激架構(gòu)，以單段式拓撲結(jié)構(gòu)提供大于0.95的高功率因數(shù)，因而省卻直流-直流（DC-DC）轉(zhuǎn)換段。典型應(yīng)用包括LED驅(qū)動器電源、LED嵌燈、三端雙向可控硅開關(guān)組件（TRIAC）可調(diào)光LED燈及功率因數(shù)校正恒壓電源。這器件與前沿TRIAC調(diào)光器和尾沿晶體管調(diào)光器兼容。視乎所使用的調(diào)光器，LED輸出可調(diào)低至2%。

　　NCL30000采用恒定導(dǎo)通時間CrM工作，非常適合于隔離型反激應(yīng)用，但也可以配置為非隔離型高功率因數(shù)拓撲結(jié)構(gòu)。而在非隔離型拓撲結(jié)構(gòu)下，NCL30002在-40至125℃工作溫度條件下有較高電流精度（《±3.1%），包含降壓及降壓-升壓拓撲結(jié)構(gòu)等不同選擇，下文將進行比較。

　　1） NCL30000非隔離降壓及降壓-升壓拓撲結(jié)構(gòu)對比

　　從拓撲結(jié)構(gòu)來講，降壓拓撲結(jié)構(gòu)的不足是輸入電流波形取決于輸出電壓。在這種配置下，由于電感與LED串采用串聯(lián)配置，僅在輸入電壓超過LED正向壓降（VF）時有電流流過；CrM及恒定導(dǎo)通時間工作可提供高功率因數(shù)；直接感測LED電流；低環(huán)路帶寬支持高功率因數(shù)工作；MOSFET電流等于LED峰值電流；MOSFET電壓應(yīng)力等于峰值主電源電壓；功率因數(shù)（PF）及總諧波失真（THD%）性能取決于輸出壓降與輸入電壓之比（VF/Vin），比例越高，PF越低；比例越高，THD越高。

　　圖1：降壓及降壓-升壓配置比較

　　相比較而言，降壓-升壓拓撲結(jié)構(gòu)的輸入電流波形跟負載無關(guān)，具有高功率因數(shù)、良好的總諧波失真性能。降壓-升壓配置下，電感與LED串并未串聯(lián)，輸入電流波形或失真與輸出壓降（VF）無關(guān)；固有的LED故障保護功能可在MOSFET短路時提供保護；LED正向壓降可以高于或低于輸入電壓；MOSFET開關(guān)電壓應(yīng)力為輸入電壓與輸出壓降之和（Vin+Vout）。