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

要實(shí)現高功率因數、電源能效目標及緊湊的尺寸，有必要使用高功率因數的單段式拓撲結構。由于功率目標較低，傳統的兩段式拓撲結構(PFC升壓+反激轉換)就無(wú)法滿(mǎn)足要求了。因此，我們使用了基于安森美半導體NCL30000臨界導電模式(CrM)反激控制器的CrM反激拓撲結構。

單段式拓撲結構省下專(zhuān)用的PFC升壓段，幫助減少元器件數量，降低系統總成本。但采用單段式拓撲結構，系統也會(huì )受到一些影響，如無(wú)初級高壓能量存儲，輸出電壓保持時(shí)間較短。另外，輸出紋波較高，必須采用更多的低壓輸出電容來(lái)滿(mǎn)足維持要求，及對動(dòng)態(tài)負載反應較慢等。有利的是，這對眾多LED照明應用而言不構成問(wèn)題，因為LED照明應用無(wú)系統維持時(shí)間要求，而且紋波匯入平均光輸出，人眼不會(huì )察覺(jué)。

設計針對高功率因數(PF>0.95)有利于輕松符合SSL燈具的商用照明要求，并使輸入電流波形看上去象是電阻型載的波形。這對兼容TRIAC調光非常重要，因為TRIAC調光器原本用于白熾燈，而白熾燈在電路中的作用就象是電阻，即充當電阻型負載。用示波器截取的波形顯示，優(yōu)化設計的單段式CrM反激電源的基本電流波形與輸入電壓波形保持同相。

圖1顯示的是安森美半導體基于NCL30000的單段式高功率因數反激拓撲結構的簡(jiǎn)化功能框圖。從圖1中可以看出，隔離反激的次級端有恒流恒壓(CCCV)控制模塊。這模塊有兩個(gè)主要功能，一是緊密穩流350 mA的恒定電流，并為初級端提供反饋，用于調節導通時(shí)間，對流經(jīng)LED的恒定電流進(jìn)行穩流；二是在發(fā)生開(kāi)路事件時(shí)，進(jìn)入恒壓控制模式，在故障事件下產(chǎn)生穩壓固定電壓。開(kāi)路電壓穩壓為UL1310 2類(lèi)電源的60 Vdc最大電壓限制。此外，無(wú)意中碰到輸出短路時(shí)，還能限制功率，避免損壞LED。

圖1：基于NCL30000的單段式CrM反激LED驅動(dòng)器GreenPoint®參考設計簡(jiǎn)化框圖

4)測試結果

測試結果顯示，這參考設計的性能超過(guò)了表2中所列的全部設計目標，參見(jiàn)圖2(詳見(jiàn)參考資料[1])。圖2顯示了90到135 Vac線(xiàn)路電壓范圍下LED驅動(dòng)器的功率因數和輸入電流總諧波失真，可以看出這參考設計的功率因數很高(超過(guò)商業(yè)照明0.9的最低功率因數要求)，總諧波失真低(20%)。圖3顯示了不同負載條件下的LED能效。將25%、50%、75%和100%四個(gè)工作點(diǎn)下的能效作平均計算，可得出總平均能效為80.7%；而在50%至100%負載的關(guān)鍵工作區域，能效范圍為81.1%至82%。這不僅超越本參考設計定下的80%能效目標，還超過(guò)了EPS 2.0標準對15 W電源79.1%的能效要求。損耗來(lái)源中包含輸入EMI段支持TRIAC調光所需的15歐姆限流電阻的能耗。

圖2：90至135 Vac輸入線(xiàn)路電壓條件下的功率因數和總諧波失真