照明級驅動(dòng)設計技術(shù)基礎（二）

上接：照明級驅動(dòng)設計技術(shù)基礎

三、 功率因數校正

美國能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR)固態(tài)照明(SSL)規范中規定任何功率等級皆須強制提供功率因數校正(PFC)。這標準適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺燈，其中，住宅應用的LED 驅動(dòng)器功率因數須大于0.7，而商業(yè)應用中則須大于0.9;但是，這標準屬于自愿性標準。歐盟的IEC61000-3-2 諧波含量標準中則規定了功率大于25 W 的照明應用的總諧波失真性能，其最大限制相當于總諧波失真(THD) 35%，而功率因數(PF)>0.94。

雖然不是所有國家都絕對強制要求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，如公用事業(yè)機構大力推動(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)機構購入/維護街燈時(shí)，也可以根據他們的意愿來(lái)決定是否要求擁有高功率因數(通常>0.95+)。

圖6、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7、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。

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