適合LED街燈應用的高能效28V、3.3A LED驅動(dòng)器設計

隨著(zhù)LED在性能及成本幾乎各個(gè)方面的持續改進(jìn)，LED照明正在用于越來(lái)越寬的應用領(lǐng)域，其中LED街燈就是業(yè)界關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。安森美半導體身為應用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應商，針對各類(lèi)LED照明應用提供豐富的驅動(dòng)器、穩壓器/穩流器，及通信、光傳感器、MOSFET、整流器、保護、濾波器及熱管理產(chǎn)品等完整方案。本文將介紹一款用于LED街燈等應用的28 V、3.3 A的離線(xiàn)高功率因數LED驅動(dòng)器設計。這設計基于安森美半導體的NCL30001 LED驅動(dòng)器及NCS1002恒壓恒流控制器，采用90至265 V交流電壓供電，提供最大90 W的輸出功率，具有高功率因數，同時(shí)符合相關(guān)諧波含量標準，并能夠配合脈寬調制(PWM)調光。

單段拓撲結構LED驅動(dòng)器+次級端CVCC控制器組合

NCL30001是一種單段拓撲結構LED驅動(dòng)方案，其靈活的特性非常適合應用于新的LED照明產(chǎn)品。這款采用單段集成功率因數校正(PFC)和隔離型降壓交流-直流(AC-DC)電源轉換的離線(xiàn)式LED驅動(dòng)器省去了專(zhuān)用PFC升壓段，可以減少元件數量，降低方案成本，配合提高LED電源系統總能效，用于LED街燈、低頂燈、外墻燈和建筑物照明等應用。

NCL30001采用連續導電模式(CCM)工作，這種方案集成了PFC和隔離型DC-DC轉換電路，并提供恒定電流來(lái)直接驅動(dòng)LED。它相當于將AC-DC轉換與LED驅動(dòng)兩部分電路整合在一起，均位于照明燈具內，省去了LED光條中集成的線(xiàn)性或DC-DC轉換器。這種整體式方案的電源轉換段更少，減少元器件使用數量(如光學(xué)元件、LED、電子元件及印制電路板等)，降低系統成本，并支持更高的LED電源總體能效。當然，這種方案的功率密度更高，可能并不適合所有區域照明應用，其光學(xué)圖案可能更適合較低功率的LED，典型應用包括LED街燈、外墻燈、洗墻燈及電冰箱箱體照明等。

NCL30001控制器的其他規格特性還包括高壓?jiǎn)?dòng)電路、電壓前饋以改善環(huán)路響應、輸入欠壓檢測、內部過(guò)載定時(shí)器、閂鎖輸入，以及減少輸入線(xiàn)路諧波的高精度乘法器。安森美半導體還提供這器件的隔離型單段功率因數校正LED驅動(dòng)器評估板，用于要求直接恒流輸出的40 W到100 W功率范圍的應用。電流可在0.7 A至1.5 A之間調節，配合更寬范圍的大功率高亮度LED。

NCS1002是一款次級端恒壓恒流(CVCC)控制器，適合LED街燈等區域照明應用，配合NCL30001控制器更可以設計出高功效、具有調光功能的LED驅動(dòng)器演示板。

基于NCL30001和NCS1002的90 W演示板

為了幫助工程師盡快實(shí)施照明設計，安森美半導體還提供90 W恒壓恒流演示板，它可接受90至265 Vac的擴展通用輸入電壓(更換元件條件下可支持305 Vac)，提供0.7 A至1.5 A的恒定電流輸出范圍及30 V至55 V的恒定輸出電壓范圍(可通過(guò)電阻分壓器來(lái)選擇)，最大輸出功率90 W，支持50至1,000 Hz調光控制，并包含可連接至可選調光卡的6引腳接口，用于模擬電流調節/雙亮度等級數字調光等智能調光應用。此外，這款演示板還提供短路保護、開(kāi)路保護、過(guò)溫保護、過(guò)流保護及過(guò)壓保護等豐富保護特性。測試顯示，這演示板在50 W輸出功率、1,000 mA輸出電壓/48 V正向壓降條件的能效高于87%，在50%至100%負載條件下功率因數高于0.9，同時(shí)符合IEC61000-3-2 C類(lèi)設備諧波含量標準。


圖1：演示板頂視圖

由于這種設計可以有標準NCL30001評估板(50V2A)相媲美的功率水平，電路原理的變化在于變壓器的設計，以及基于NCS1002的恒定電流/恒定電壓次級側控制電路。圖2所示為初級側電路。這個(gè)設計的反激變壓器源于原有設計的次級繞組，可以滿(mǎn)足新的最高電壓和電流要求。初級繞組所需的電感和整體結構基本上相同。277 VAC輸入可以利用適當的額定電壓來(lái)改變EMI輸入濾波器的“X”和“Y”電容器。


圖2：NCL30001 CVCC 90 W演示板初級側原理圖

使用NCL30001連續導通模式功率因數校正單段反激式控制器，可以實(shí)現高架、隧道、停車(chē)場(chǎng)和道路照明等區域照明應用的恒定電流LED驅動(dòng)器。這種特殊設計是針對需要大于3A的驅動(dòng)能力的LED而優(yōu)化的，如Luminus Devices公司的CSM360和SST90。這種設計可以支持多達8個(gè)SST90串聯(lián)或2個(gè)CSM360器件。CSM360 LED在驅動(dòng)電流為3.2A條件下標稱(chēng)正向電壓為12.8 V，這取決于色溫和光通量可以產(chǎn)生1600-3900流明。

次級側控制電路如圖3所示。在本設計中，輸出電壓是由一個(gè)電阻率確定的，輸出電流也是基于一個(gè)電阻率設置的。因此，只有兩個(gè)電阻需要改變：一個(gè)是輸出電壓分壓器R34，另一個(gè)是電流設置電路的一部分的R32。此外，由于輸出電壓較低而輸出電流較高，增加了輸出電容，同時(shí)降低了電容器的額定電壓。


圖3：次級側原理圖

利用這個(gè)電路可以實(shí)現具有PWM調光輸入和可選調光卡的30 Vout LED驅動(dòng)器CVCC次級檢測。

總結

高能效照明正在成為業(yè)界競逐的一個(gè)焦點(diǎn)。本文重點(diǎn)介紹安森美半導體針對LED街燈應用的90 W LED驅動(dòng)器設計，這設計提供高功率因數，符合IEC61000-3-2 C類(lèi)設備諧波含量標準，并能配合PWM調光?？蛻?hù)利用安森美半導體的高能效產(chǎn)品及參考設計，能夠加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。