LED照明設計基礎知識分享

圖5：有源PFC的應用電路示意圖

PFC技術(shù)包括無(wú)源PFC及有源PFC兩種。無(wú)源PFC方案的體積較大，需要增加額外的元件來(lái)更好地改變電流波形，能夠達到約0.8或更高的功率因數。其中，在小于5 W至40 W的較低功率應用中，幾乎是標準選擇的反激式拓撲結構只需要采用無(wú)源元件及稍作電路改動(dòng)，即可實(shí)現高于0.7的功率因數。有源PFC(見(jiàn)圖6)通常是作為一個(gè)專(zhuān)門(mén)的電源轉換段增加到電路中來(lái)改變輸入電流波形。有源PFC通常提供升壓，交流100至277 Vac的寬輸入范圍下，PFC輸出電壓范圍達直流450至480 Vdc。如果恰當地設計PFC段，可以提供91%到95%的高能效。但增加了有源PFC，仍然需要專(zhuān)門(mén)的DC-DC轉換來(lái)提供電流穩流。

四、能效問(wèn)題

LED照明應用的能效需要結合功率輸出來(lái)考慮。美國“能源之星”固態(tài)照明規范規定了照明器具級的能效，但并不涉及單獨LED驅動(dòng)器的能效要求。如前所述，采用AC-DC電源的LED應用可以采用兩段式分布拓撲結構，故可能采用外部AC-DC適配器供電。而“能源之星”的確包含有關(guān)單輸出外部電源的規范，其2.0版外部電源規范于2008年11月開(kāi)始生效，要求標準工作模式下最低能效達87%，而低壓工作模式下最低能效達86%;在此規范中，功率大于100 W時(shí)才要求PFC。

圖6：美國能源部2008年秋季提出的LED照明燈具能效研發(fā)目標

而在采用AC-DC電源的LED應用中，要提供更高的AC-DC轉換能效，就涉及到成本、尺寸、性能規范及能效等因素之間的折衷問(wèn)題。例如，若使用更高質(zhì)量的元件、更低導通阻抗(RDSon)，就可降低損耗及改善能效;降低開(kāi)關(guān)頻率一般會(huì )改善能效，但卻會(huì )增加系統尺寸。諸如諧振這樣新的拓撲結構提供更高能效，卻也增加設計及元件的復雜度。如果我們將設計限定在較窄的功率及電壓范圍，則可以幫助優(yōu)化能效。

五、驅動(dòng)器標準

LED驅動(dòng)器本身也在不斷演進(jìn)，著(zhù)重于進(jìn)一步提高能效、增加功能及功率密度。美國“能源之星”的固態(tài)照明規范提出的是照明器具級的能效限制，涉及包括功率因數在內的特定產(chǎn)品要求。而歐盟的IEC 61347-2-13 (5/2006)標準針對采用直流或交流供電的LED模塊的要求包括：

最大安全特低電壓(SELV)工作輸出電壓≤25 Vrms (35.3 Vdc)

不同故障條件下“恰當”/安全的工作

故障時(shí)不冒煙或易燃

此外，ANSI C82.xxx LED驅動(dòng)器規范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵從UL、CSA等標準，如UL1310 (Class 2)、UL 60950、UL1012。

此外，LED照明設計還涉及到產(chǎn)品壽命周期及可靠性問(wèn)題。

總結：

本文分享了安森美半導體產(chǎn)品應用專(zhuān)家Bernie Weir先生的一些重要的LED照明設計基礎知識，如驅動(dòng)器的通用要求、驅動(dòng)器電源的拓撲結構、功率因數校正、電源轉換能效及驅動(dòng)器需要遵從的標準等問(wèn)題，幫助工程師更好地從事LED照明設計。安森美半導體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅解決方案供應商，針對不同LED照明應用，不論其采用何種電源供電，均提供應用所需的高性能電源轉換、功率因數校正及驅動(dòng)解決方案，輔以高質(zhì)量的服務(wù)及支援，幫助客戶(hù)在市場(chǎng)競爭中占據先機。