NIKO可調光PFC LED專(zhuān)為驅動(dòng)器LED燈泡及燈管設計

在LED 照明應用中採用交流-直流(AC-DC)電源供電的LED驅動(dòng)電路中，常見(jiàn)隔離拓撲結構與非隔離拓撲結構。這兩種拓撲結構各有其特點(diǎn)。相比較而言，非隔離拓撲結構的優(yōu)勢包括磁性元件尺寸更小、能效更高、元件數量更少、總物料單成本更低，以及能以機械設計滿(mǎn)足安規等，特別適用于內含驅動(dòng)器的LED 燈泡及燈管應用，已成為此類(lèi)LED 照明趨勢而大量被采用。而隔離拓撲結構則因安規需求較適用于驅動(dòng)器與的LED 燈泡及燈管分開(kāi)結構之照明應用。

NIKO-SEM 提供之LED 驅動(dòng)器非隔離LED 驅動(dòng)器系列，採峰值電流採樣加平均電流採樣雙回授控制，因此能改善高功因應用中單一平均電流回授控制中不可調光之缺失，同時(shí)快速回授特性可避免輸入電壓變換控制延遲造成LED 過(guò)流毀損現象，可適用于多種非隔離LED 驅動(dòng)高功因與傳統非高功因應用方案。在傳統純電阻峰值電流採樣做法時(shí)電感電流全部流經(jīng)採樣電阻，因為採樣電阻上的峰值電壓每頂到內部參考電壓時(shí)皆會(huì )立即關(guān)閉功率電晶體，因此每個(gè)開(kāi)關(guān)週期電感電流峰值都會(huì )相同，無(wú)法隨輸入電壓正弦波振幅大小變化，功因也就無(wú)法有效提昇。NIKO-SEM 在非隔離高功因降壓驅動(dòng)應用采用電阻并聯(lián)電容的獨特峰值電流採樣方式，使流經(jīng)電感上的電流能有效隨輸入電壓正弦波振幅大小變化，進(jìn)而達成高功因的目的。其塬理為 :電容電荷公式中，Q=CV = IT , 其中并聯(lián)電容之Q(電荷)值、C(電容量)值以及V(採樣電壓)值皆為定值，電容電流I 會(huì )隨導通時(shí)間T 的變動(dòng)而變化，由于輸入電壓正弦波振幅越大時(shí)流經(jīng)電感的電流斜率會(huì )變大，會(huì )較短導通時(shí)間頂到內部參考電壓，所以輸入電壓正弦波振幅越大時(shí)，導通時(shí)間變越短，而電容電流I 會(huì )越大，同時(shí)電感電流亦越大，因此具有良好高功因的表現，調整採樣電阻阻值則可隨意改變LED負載電流大小。此外NIKO-SEM 之LED 驅動(dòng)器提供一COMP 腳專(zhuān)門(mén)做輸入電壓以及輸出負載變化補償用，使LED 電流變化率得以控制在5%水準。 以下圖1 為NIKO-SEM提供之典型全電壓非隔離高功因BUCK架構LED 驅動(dòng)電路。 在圖1 中，電阻R3、電容C4 為峰值電流採樣元件，串聯(lián)于飛輪二極體D1 的電阻R4 為平均電流採樣元件，作為當功率電晶體關(guān)閉時(shí)LED 負載電流的採樣工作，電阻R4 的每個(gè)工作週期電壓經(jīng)過(guò)電阻R5、電容C5 積分成一平坦直流電壓值，當LED 負載電流越大則電阻R5、電容C5 積分的電壓值越高，同時(shí)，輸入電壓越高時(shí)電阻R5、電容C5 積分的電壓值亦越高，藉此可補償輸入電壓以及輸出負載變化。此電壓值于功率電晶體再度導通時(shí)疊加峰值電流採樣電壓，產(chǎn)生峰值電流採樣加平均電流採樣雙回授控制，共同疊加的訊號VLD 以及峰值電流採樣電壓VCS 如圖2 所示。雙回授控制應用時(shí)優(yōu)先設定平均電流採樣電阻R4 阻值，公式為R4 = ILED / 0.25，然后再設定峰值電流採樣電阻R3 阻值，公式為R3 = R4 / K，K=3.75。

圖1 典型全電壓非隔離高功因之BUCK 架構LED 驅動(dòng)電路

圖2 高功因之BUCK 架構LED 驅動(dòng)電路電壓電流波形NIKO-SEM 提供之LED 驅動(dòng)器系列恆流控制採用固定關(guān)斷時(shí)間控制模式，因此在高功因應用可工作在CCM 或DCM 模式。在BUCK 應用中操作在CCM 模式比起CRM 模式有峰值電流較小以及高低輸入電壓下頻率變化較小的優(yōu)點(diǎn)，使得在高輸入電壓時(shí)導通損失以及交換損失較小，因此效率較高。此外操作在CCM 模式需要考慮的是高輸入電壓時(shí)產(chǎn)生之二極體逆向回復電流IRR 流經(jīng)功率電晶體與飛輪二極體之間的導通損失，所以在電感感量設計時(shí)要考量最高電感電流之波谷電流量要小于0.1A 以下，以避免產(chǎn)生逆向回復電流IRR 損失影響整體效率，同時(shí)讓功率電晶體以及飛輪二極體產(chǎn)生溫度較高現象。

NIKO-SEM 提供之LED 驅動(dòng)器系列在驅動(dòng)功率電晶體方面採用的是源極驅動(dòng)方式，搭配專(zhuān)利之IC 電源以交換工作模式，能有效降低IC 電源供電損失以及不需要額外輔助繞組及供電元件即可供應IC 電源正常工作，因此儲能電感可採用價(jià)格低的工形電感即可。 在保護功能方面，NIKO-SEM 提供之LED 驅動(dòng)器有過(guò)溫保護、燈管短路保護以及燈管開(kāi)路保護。燈管開(kāi)路保護利用積納二極體設定保護電壓直接偵測LED 輸出端電壓，開(kāi)路動(dòng)作電壓可設計接近于正常點(diǎn)亮之LED 端電壓，因此LED 輸出端之并聯(lián)濾波電容不用採用較高額定電壓，可降低電容成本與體積。

NIKO-SEM 提供之LED 驅動(dòng)器系列在調光方面，包含有線(xiàn)性調光、脈波調光以及叁端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(TRIAC)調光，以下圖3 所示，為NIKO-SEM 提供之全電壓TRAIC 調光非隔離高功因BUCK 架構LED 驅動(dòng)電路方案。

圖3 全電壓TRAIC 調光非隔離高功因之BUCK 架構LED 驅動(dòng)電路

NIKO-SEM 提供之LED 驅動(dòng)器系列可支援多種應用方案提供非常高的能效，而且電路簡(jiǎn)捷，適合不同的中低功率LED 一般照明應用。NIKO-SEM LED 驅動(dòng)器產(chǎn)品系列有N3201M 採SOT26 封裝，N3201V 採SOP8 封裝。內含高壓MOSFET 則有N3101V、N3102V 分別內置1A 及2A 高壓MOSFET，採SOP8 封裝適用于8W以下LED 燈泡應用。此外NIKO-SEM 提供之LED 驅動(dòng)器系列除BUCK 應用外尚可應用在其它非隔離之BOOST 以及BUCK-BOOST 拓樸，在隔離型拓撲則可應用在次級回授穩流(SSR)應用。