采用NCL30000的單段式CrM TRIAC調光LED驅動(dòng)器設計

采用NCL30000的單段式CrM TRIAC調光LED驅動(dòng)器設計

為了促進(jìn)節能，世界各地的政府機構或規范組織制定了不同LED照明規范，主要體現在對功率因數(PF)的要求方面。如歐盟的國際電工聯(lián)盟(IEC)規定了功率大于25 W照明應用的總諧波失真性能，某些地區的其它國際標準也適用這規定。

另外，美國能源部制定及發(fā)布了針對固態(tài)照明燈具的“能源之星”標準。這項自愿性標準包含針對常見(jiàn)住宅和商業(yè)照明燈具(如嵌燈、櫥柜燈和臺燈)的系列要求，涵蓋最低流明輸出、總體光效、可靠性目標、光色溫及一系列其它關(guān)鍵系統級要求。值得注意的是，這個(gè)標準中并不直接包含電源能效要求，但包含功率因數要求，即不論是何種功率等級，住宅應用要求的PF大于0.7，商業(yè)應用要求的PF大于0.9，而集成LED燈光的要求是PF大于0.7。

當然，并非所有國家都絕對強制要求在照明應用中改善功率因數，但某些應用可能有這方面的要求。例如，公用事業(yè)機構可能大力推動(dòng)擁有高功率因數的產(chǎn)品在公用設施中的商業(yè)應用。此外，公用事業(yè)機構擁有/維護街燈時(shí)，他們可以根據自己的意愿，來(lái)決定是否要求產(chǎn)品擁有高功率因數(通常大于0.95+)。

1)參照代用標準確立最大負載設計目標

以“能源之星”的固態(tài)照明燈具標準為例，這標準包含決定燈具光效的總體性要求；實(shí)際上，這標準是一個(gè)系統級標準，涉及所選LED、現場(chǎng)工作溫度、光學(xué)組件、驅動(dòng)器電源轉換能效等。燈具開(kāi)發(fā)人員因而可以在LED的選擇、光學(xué)組件的使用、熱管理方案、驅動(dòng)器拓撲結構及設計方面折衷取舍，從而符合整體要求。下表列舉了“能源之星”1.1版住宅及商業(yè)應用固態(tài)照明規范1.1版對嵌燈的關(guān)鍵系統要求。

表1：“能源之星”1.1版住宅及商業(yè)固態(tài)照明規范之嵌燈關(guān)鍵要求

最常見(jiàn)的嵌燈是較大孔徑類(lèi)嵌燈。對于住宅及商業(yè)應用而言，除了功率因數方面的差別，設計人員能夠靈活地使用中性及暖白光LED。從表1中的最低要求可以看出，要獲得575流明的最低輸出，最大輸入功率閾值約為16.4 W。

由于沒(méi)有直接適用的LED驅動(dòng)器能效標準，可考慮將“能源之星”2.0版外部電源(EPS)標準作為代用標準。根據EPS 2.0標準，額定功率在1到49 W之間的標準電源的最低能效要求為0.0626×ln(Pno)+0.622。因此，符合這標準的12 W額定功率電源的最低能效為77.7%，15 W電源則為79.1%。由于LED燈具標準基于輸入插座能效，有必要將驅動(dòng)器能效目標轉換為有效的LED負載。為了增加一些設計裕量，我們將最低目標能效定為80%。這樣一來(lái)，LED負載就為16.4 W×80%，即13.1 W。

這樣，我們就確定了最大負載設計目標。LED光效受制于LED制造商以及驅動(dòng)電流和工作溫度。安森美半導體這GreenPoint®參考設計選擇的是350 mA的恒定電流，支持市場(chǎng)上大多數高亮度功率LED。另一個(gè)要顧及的因素是燈具開(kāi)發(fā)人員可以選擇寬范圍的LED，所選LED的光效越高，要求采用的LED數量就越少。因此，這GreenPoint®參考設計在50%至100%額定負載時(shí)的能效應當較高。隨著(zhù)LED光效的提升，可以輕易修改同一個(gè)基本電源設計來(lái)驅動(dòng)更少的LED，從而提供遠高于最低要求的燈具光效。

2)其它設計要求

確定了基本設計要求，就需要考慮與終端應用需求有關(guān)的其它系統因素。例如，雖然標準中并無(wú)要求，但兼容已有線(xiàn)路調光方案很重要。因此，應當針對三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)器件(TRIAC)壁式調光器來(lái)優(yōu)化設計。TRIAC調光的挑戰不少，但有一項因素設計人員可能容易忽略，就是驅動(dòng)器應當能夠能在低斬波(chopped)交流輸入波形條件下啟動(dòng)及工作。而且，驅動(dòng)電源的尺寸應當匹配嵌燈燈具接線(xiàn)盒。還應該注意一項人的因素要求。雖然LED實(shí)際上在瞬間之間就發(fā)光，但驅動(dòng)器的設計要留出特定的啟動(dòng)時(shí)間。不管是什么LED燈具，這方面的表現都應該不比CFL差，甚至應該更好。所以，我們可以把CFL作為參照基準。“能源之星”CFL燈泡要求中，額定條件下最大啟動(dòng)時(shí)間為1秒，因此，我們將就LED驅動(dòng)器在啟動(dòng)時(shí)間方面的設計目標定在0.5秒。由于這個(gè)設計面向住宅或商業(yè)應用，因此我們定下的規格目標更具挑戰性。表2總結了本GreenPoint®參考設計關(guān)鍵的設計目標。

表2：關(guān)鍵設計目標