意法半導體(ST)擁有豐富的普通LED照明元器件和開(kāi)發(fā)工具: 架構、產(chǎn)品、評測工具

　　摘要

　　隨著(zhù)普通LED照明市場(chǎng)持續增長(cháng)，客戶(hù)對新的智能功能、更高的能源效率和節省資金的要求也隨著(zhù)提高。本文圍繞LED家用照明、商用照明和路燈，介紹意法半導體的寬產(chǎn)品線(xiàn)如何滿(mǎn)足燈具市場(chǎng)的需求，從系統角度介紹意法半導體的產(chǎn)品線(xiàn)，討論主要的系統架構及相關(guān)產(chǎn)品和評測工具。

　　前言

　　LED普通照明應用市場(chǎng)分析(IHS 2016年3月期的“世界LED照明電源市場(chǎng)”報告)預測，2015-2020年， LED家用照明市場(chǎng)復合年均增長(cháng)率為25%，商用照明市場(chǎng)(商店和寫(xiě)字樓)29%，路燈16.9%。有兩個(gè)主要因素拉動(dòng)市場(chǎng)增長(cháng)。第一個(gè)因素，很多大國開(kāi)始重視能源問(wèn)題，并發(fā)布了采用高能效光源(LED)淘汰白熾燈的節能法規;第二個(gè)因素，在新興經(jīng)濟體國家，隨著(zhù)城鎮化步伐加快，城鎮人口急劇增長(cháng)，這迫使當地政府推廣高能效光源，升級改造城鎮基礎設施。在家用、商用和街道LED照明市場(chǎng)，意法半導體的寬產(chǎn)品線(xiàn)策略十分切合該市場(chǎng)報告的分析預測。

　　意法半導體產(chǎn)品

　　意法半導體LED產(chǎn)品組合很寬，包括專(zhuān)用產(chǎn)品和標準產(chǎn)品，覆蓋整個(gè)LED普通照明應用。

　　意法半導體的產(chǎn)品、平臺和評測板分為家用、商用、路燈用，支持最常用的系統架構/電路，還專(zhuān)門(mén)設立了 eDesignSuite部門(mén)，為包括LED照明在內的應用市場(chǎng)提供電源管理軟件工具。

　　LED家用照明

　　LED家用照明市場(chǎng)對LED光源能效和驅動(dòng)芯片的要求越來(lái)越高，高集成度，高能效，高功率因數(HPF)，長(cháng)壽命，調光功能，系統成本低，元器件數量少，是家用照明應用市場(chǎng)的主要需求。

　　意法半導體高集成度離線(xiàn)轉換器產(chǎn)品線(xiàn)很寬(每款產(chǎn)品都包含一個(gè)片上集成控制器和保護電路的功率MOSFET)，最高輸出功率15W，擊穿電壓800 V，能夠管理市場(chǎng)上主流驅動(dòng)拓撲，例如， 降壓、升/降壓和反激式拓撲。在這些產(chǎn)品中，專(zhuān)用離線(xiàn)LED驅動(dòng)轉換器，例如，HVLED805、HVLED807PF、HVLED815PF，具有高功率因數和一次側恒流/恒壓穩壓(PSR-CC/CV)功能，如圖1所示，因為電路二次側無(wú)需穩壓芯片和光耦，所以系統成本較低。此外，VIPerPlus系列Viper*5、 VIPer*6、VIPer*7、VIPer*8、VIPer0P和VIPer01離線(xiàn)轉換器也適合驅動(dòng)LED。

　　圖1 – 具有PSR-CV/CC功能的高功率因數反激式拓撲

　　反激式拓撲的鉗位電路推薦使用STRVS*反復過(guò)壓保護器件和STTH*超高速二極管(600V-1200V產(chǎn)品);STPS*肖特基二極管和FERD*場(chǎng)效應整流管非常適用于輸出整流。STRVS*保護芯片的低泄漏電流、輸出二極管的低VF/IR比和STTH*的優(yōu)異的VF/trr比，保證反激式拓撲具有出色的可靠性和能效。

　　通過(guò)推出高功率密度(高達61V/3A)的LED5000、LED6000 DC-DC LED驅動(dòng)轉換器(單片集成控制器+ MOSFET)，意法半導體支持用MR16 LED光源替代鹵鎢燈。

　　意法半導體提供多種LED家用照明系統評測板。一次側評測板如圖2所示。

　　圖 2 – 主要家用照明系統評測板

　　LED商用照明

　　商用和建筑照明系統通常需要20W以上的功率，以及高功率因數，高能效，節省成本，有時(shí)需要多條燈帶，有遠程監控功能。

　　在只有一條燈帶時(shí)，通常使用反激式拓撲。意法半導體的新產(chǎn)品HVLED003D (2016年第四季度上市)是一款離線(xiàn)反激式LED驅動(dòng)控制器，一次側恒流穩壓(PSR-CC)模式，內置調光功能(0-10, PWM和可控硅)，可直接驅動(dòng)單燈帶，無(wú)需光耦和二次側控制器。主要開(kāi)關(guān)管推薦MDmesh? K5功率MOSFET系列，我們發(fā)現 800-900-950Vbr產(chǎn)品(ST*N80K5、ST*N90K5和ST*N95K5 pn)特別適合這種拓撲。MDmesh? K5系列適用于硬開(kāi)關(guān)拓撲，具有低Rdson導通電阻、低Qg柵電荷和低電容的特點(diǎn)。

　　關(guān)于鉗位網(wǎng)絡(luò )，我們推薦使用前面家用照明部分討論的鉗位電路器件。STPS*肖特基二極管、FERD*場(chǎng)效應整流管和超高速二極管系列(大于等于200V的STTH*產(chǎn)品)最適合輸出整流電路。

　　多燈帶電源架構由主電源(通常是反激式拓撲)和多燈帶管理電路組成，主電源提供恒定的DC總線(xiàn)電壓。架構如圖3所示。

　　圖3 – LED多燈帶電源架構

　　意法半導體的離線(xiàn)LED控制器HVLED001/A內置一次側恒壓穩壓(PSR-CV)電路和調光功能(0-10, PWM)，適用于反激式拓撲。PSR-CV模式意味著(zhù)電路不需要光耦和二次側控制器。該反激式拓撲使用前文單燈帶所用的功率MOSFET、輸出二極管和鉗位網(wǎng)絡(luò )。多燈帶管理分為模擬控制和數字控制兩種方法:

　　ü 高功率密度(最高61V/3A) 的DC-DC LED驅動(dòng)降壓轉換器(單片集成控制器 + MOSFET) LED2000、LED2001、LED5000和LED6000(圖4)適用于模擬管理方法。

　　圖4 – 基于轉換器的模擬式LED多燈帶管理方法

　　還可以使用新的基于固定關(guān)斷時(shí)間(FOT)算法的HVLED0002電流式LED控制方法實(shí)現反向降壓拓撲(圖5);在這個(gè)拓撲內，60V - 100V低壓STripFET F7功率MOSFET系列(推薦ST*N6F7和ST*N10F7)確保所有的解決方案都高效可靠。STripFET F7系列產(chǎn)品具有極低的Rdson導通電阻、優(yōu)化的體二極管(低Qrr)、優(yōu)化的本征電容和合理的Crss/Css比。

　　圖5 – 基于控制器的模擬式LED多燈帶管理方法