基于NCP1075 / NCP4328A的高壓LED驅動(dòng)方案

如今，高壓LED的應用越來(lái)越多，像是CREE及Philips-Lumileds等眾多LED制造商都推出了高壓LED.這些LED的典型正向電壓（VF）范圍在24 V至超過(guò)200 V間（圖1）。

　　推動(dòng)這類(lèi)LED進(jìn)展的部分因素在于業(yè)界渴求優(yōu)化從交流主電源電壓到LED串電壓的電源轉換，同時(shí)簡(jiǎn)化驅動(dòng)器電子電路。事實(shí)上，在某些情況下，它們被以“無(wú)驅動(dòng)器”的名義來(lái)推廣，因為二極管橋和線(xiàn)性穩壓器就能構成簡(jiǎn)單的電路。但此方法有幾種缺點(diǎn)。由于在每個(gè)線(xiàn)路周期的部分時(shí)間內，當輸入電壓低于LED正向電壓時(shí)，LED處于關(guān)閉狀態(tài)，故需要更多的LED來(lái)產(chǎn)生所要求的流明輸出。此外，LED燈泡在100/120 Hz時(shí)呈現出超過(guò)100%的紋波。而在照明領(lǐng)域，低頻紋波對人們工作效率的影響問(wèn)題一直存在，業(yè)界仍在研究相關(guān)效應，著(zhù)手設定可接受的LED光源閃爍量指引，因為L(cháng)ED光源閃爍更令人敏感，不像鎢絲燈那樣持續發(fā)光。

　 　圖1:典型高壓LED產(chǎn)品示例

　　采用升壓拓撲結構來(lái)驅動(dòng)高壓LED

　　如果LED串能夠配置為正向電壓VF高于峰值交流電源電壓，那就就以使用升壓拓撲結構來(lái)驅動(dòng)LED.輸出電壓必須高于施加的交流輸入峰值電壓。以最高額定電壓為265 Vac計，那么，適合此升壓轉換器應用的LED最小電壓絕對值：265 Vac x √2 = 375 Vdc.

　　升壓轉換器能提供高功率因數及低總諧波失真（THD），能進(jìn)行精確穩流而無(wú)論LED正向電壓及交流線(xiàn)路電壓如何變化，還解決了紋波問(wèn)題，無(wú)須在設計中使用更多數量的LED來(lái)提供所要求的流明輸出。值得注意的是，許多低功率LED也可以配置為長(cháng)串形式，用于提供所要求的高壓，而這在諸如線(xiàn)性燈管等分布式照明應用中尤其具備吸引力。

　　本文所建議的升壓轉換器提供恒定輸出電流，補償輸入線(xiàn)路電壓范圍及LED電壓和溫度變化。這驅動(dòng)器的設計指引如下：

　　· 輸入電壓范圍：200 - 265 Vac

　　· 輸出電流：典型值30 mA

　　· 輸出電壓：典型值393 Vdc

　　· 能效：>88%

　　· 功率因數：>0.9

　　· 負載開(kāi)路保護

　　安森美半導體用于高壓LED驅動(dòng)的高功率因數升壓LED驅動(dòng)器方案

　　安森美半導體的升壓驅動(dòng)方案采用了NCP1075開(kāi)關(guān)穩壓器。NCP1075集成了700 V MOSFET及控制功能，采用節省空間的SOT-223或PDIP-7封裝。這單片開(kāi)關(guān)穩壓器提供眾多保護功能，如帶定時(shí)器檢測的自動(dòng)恢復輸出短路保護（無(wú)須擔心輔助繞組耦合）、帶輔助繞組工作的自動(dòng)恢復過(guò)壓保護、交流輸入線(xiàn)路電壓檢測（增強低輸入電壓條件下的保護）等。此外，這方案還提供內置動(dòng)態(tài)自供電（DSS）功能，無(wú)需外部偏置元件。由于不要求偏置繞組，故升壓電感能夠使用現成的低成本磁性元件。

　　通常而言，電流模式轉換器必須利用模擬乘法器來(lái)實(shí)現高功率因數。此設計示例中使用了簡(jiǎn)單的晶體管跟隨器來(lái)迫使轉換器降低交流主電源過(guò)零點(diǎn)附近的電流消耗。再結合輸入二極管橋之后的小型電容，這種控制方法設定主電源線(xiàn)路電流以跟隨施加的交流線(xiàn)路電壓波形，因而提供高功率因數。

　 　圖2:基于NCP1075和NCP4328A的升壓LED驅動(dòng)電路圖。

　　LED穩流是通過(guò)調制跟輸入正弦波過(guò)零點(diǎn)間隔的導通時(shí)間來(lái)控制的。由于高功率因數轉換器中的大多數功率轉換出現在正弦波峰值附近，使用正弦波峰值附近的受控開(kāi)關(guān)平衡過(guò)零點(diǎn)附近的特性，就提供高功率因數及高穩流精度。

　　恒流控制是使用與LED負載串聯(lián)的感測電阻來(lái)實(shí)現的。電阻電壓由安森美半導體組合型恒壓/恒流控制器NCP4328A來(lái)處理。內置參考為電流控制環(huán)路提供額定62.5 mV電平，并為電壓控制環(huán)路提供1.250 V電平。這些放大器內部結合以提供緊湊型5引腳TSOP封裝中的單個(gè)輸出控制引腳。

　　值得注意的是，NCP4328A的額定供電電流僅為105 μA.由于供電電流電平如此之低，NCP1075的動(dòng)態(tài)自供電（DSS）功能也可為此控制器提供偏置電源。因此，偏置網(wǎng)絡(luò )非常簡(jiǎn)單，僅有濾波電容及連接電容與NCP4328A之間的走線(xiàn)。

　 　圖3:基于NCP1075和NCP4328A的升壓LED器電路板原型（PCB尺寸為24 x 35 mm）。

　　在這設計中，NCP4328A控制器的另一半提供負載開(kāi)路保護。精密的穩流使LED工作電壓接近于升壓濾波電容的最大額定電壓，而沒(méi)有常見(jiàn)的容限顧慮。有關(guān)安森美半導體這參考設計電感、電阻及電容等元件的選擇，請參見(jiàn)參考資料1,獲取更詳細信息。

　　性能測試結果

　　這高壓LED升壓驅動(dòng)電路板的性能測試結果顯示提供高能效。如在190至255 Vac輸入電壓范圍內，這設計的能效高于91%.同時(shí)LED穩流精度也保持在高水準，見(jiàn)圖4.

　　圖4:基于NCP1075和NCP4328的高功率因數LED升壓驅動(dòng)電路板能效測試結果。

　　圖5:基于NCP1075和NCP4328的高功率因數LED升壓驅動(dòng)電路PF及THD結果。

　　同時(shí)，此電路設計也提供高功率因數，如190至255 Vac電壓范圍內功率因數高于0.94.同時(shí)，輸入電流總諧波失真（THDi）也保持極低。此外，諧波含量和EMI信號也符合相關(guān)規范標準。

　　總結

　　典型正向電壓范圍在24 V至超過(guò)200 V的高壓LED的應用日漸增多，用以?xún)?yōu)化交流主電源電壓到LED串電壓的電源轉換，并簡(jiǎn)化驅動(dòng)電子電路。由二極管橋和線(xiàn)性穩壓器構成的驅動(dòng)電路很簡(jiǎn)單，但也存在多種缺點(diǎn)。