三類(lèi)LED區域照明電源的典型驅動(dòng)方案

從應用領(lǐng)域來(lái)看，LED照明涵蓋住宅照明、工業(yè)照明、街道照明和餐廳、零售及服務(wù)業(yè)照明等不同類(lèi)別。而從功率等級來(lái)看，除了低功率照明，也包括大功率區域照明，典型應用如柱燈、洗墻燈、外墻燈、隧道照明、街燈、停車(chē)場(chǎng)及公共安全照明、工業(yè)及零售照明等室外照明，以及低頂燈、高頂燈、凍柜/冰箱及停車(chē)庫等室內照明。

一、LED區域照明應用要求

LED驅動(dòng)器的主要功能就是在多種條件下限流，并要保護LED免受浪涌及其它故障條件影響，以及提供某種等級的安全性，避免（電氣和/或機械方式的）震動(dòng)及著(zhù)火。對于區域照明應用而言，室外環(huán)境會(huì )給LED驅動(dòng)器帶來(lái)溫度挑戰，且可能需要承受277 Vac、347 Vac或者甚至480 Vac等比標準電壓更高的交流輸入電壓。

區域照明應用的LED驅動(dòng)器可能還需要符合某些有關(guān)功率因數或諧波含量的規范標準。如歐盟的國際電工聯(lián)盟（IEC）的IEC61000-3-2標準對功率超過(guò)25 W的照明設備（C類(lèi)）的諧波含量提出了要求，相當于總諧波失真（THD）低于35%；但符合IEC61000-3-2 C類(lèi)諧波含量要求并不必然表示功率因數（PF）高于0.9.而某些市場(chǎng)（如美國）通常要求PF高于0.9及THD低于20%.

很多區域照明應用都在室外，可能會(huì )經(jīng)受各種嚴格溫度條件，從而使總體使用壽命受到影響。而總體系統設計對使用壽命有重要影響，故使用內部發(fā)熱較少、損耗更低的高能效LED驅動(dòng)器非常重要，而且在設計中要對驅動(dòng)器與LED熱源進(jìn)行熱隔離，從而增強系統可靠性。

LED照明的控制也可以變得更加智能化。傳統街燈以定時(shí)器或環(huán)境光傳感器來(lái)自主控制。而利用電力線(xiàn)通信（PLC）或無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)，可以提供高度靈活的LED區域照明控制，如基于時(shí)間的光輸出等級集中控制、基于車(chē)流量傳感器的發(fā)光等級控制，以及根據檢測人、車(chē)活動(dòng)來(lái)調控市中心照明，兼顧步行車(chē)及街道照明。LED智能控制技術(shù)在節省電能之余，還不會(huì )損及安全性。典型應用有如智能雙亮度等級照明，如公園、加油站頂棚、停車(chē)場(chǎng)所、樓梯及電冰箱箱體照明都支持根據需要來(lái)調整亮度等級的照明。LED能夠即時(shí)導通及關(guān)閉，能夠在這些應用中方便地根據動(dòng)作或活動(dòng)來(lái)調節照明等級，如在未檢測到活動(dòng)時(shí)提供20%-40%的亮度等級，而在檢測到活動(dòng)時(shí)提供100%亮度的照明。這樣就利于大量節省額外的電能消耗。

二、LED區域照明電源架構及典型LED驅動(dòng)方案

1）適合線(xiàn)性燈、線(xiàn)槽燈等應用的分布式/模塊化方案

大功率LED區域照明應用中，一種常見(jiàn)的電源架構是“功率因數校正（PFC）+恒壓（CV）+恒流（CC）”的三段式架構。這種架構中，交流輸入電源經(jīng)過(guò)功率因數校正和隔離型直流-直流（DC-DC）轉換后，輸出24至80 Vdc的固定電壓，提供給后面內置DC-DC降壓轉換電路的恒流LED模塊（見(jiàn)圖2）。這種架構的設計提供了能夠現場(chǎng)升級的模塊化途徑，可根據實(shí)際需求，靈活改變LED光條數量，從而增加或減小光輸出，滿(mǎn)足具體區域照明應用要求。這種架構下，交流-直流（AC-DC）轉換與LED驅動(dòng)電路并未集成在一起，而是采用分布式配置，既簡(jiǎn)化安全考慮又增強系統靈活性，也稱(chēng)作分布式方案，典型應用包括線(xiàn)性燈及線(xiàn)槽燈等。


圖1 典型的模塊化LED區域照明電源架構示意圖

在這種模塊化途徑下，一項設計能夠擴展用于多種光輸出等級。而且隨著(zhù)LED光輸出性能增強，LED模塊要提供相同光輸出等級，所需采用的燈條就更好。而每個(gè)燈條都設有一個(gè)專(zhuān)用的DC-DC LED驅動(dòng)器，如可以采用安森美半導體的CAT4201高能效降壓LED驅動(dòng)器。CAT4201專(zhuān)門(mén)優(yōu)化用于驅動(dòng)大電流LED，采用具有專(zhuān)利的開(kāi)關(guān)控制算法，提供高能效及精確的LED穩流（可達350 mA）。CAT4201可采用最高36 V的電源電壓供電，并兼容于12 V和24 V標準照明系統。圖3顯示的是CAT4201的高壓LED驅動(dòng)器配置，外圍的N溝道MOSFET支持高壓輸入：100V輸入電壓時(shí)LED功率達30W；50V輸入時(shí)LED功率達13W.


圖2 CAT4201高壓LED驅動(dòng)器配置

圖3 基于NCL 30001 LED驅動(dòng)器和NCS1002控制器的90w LED驅動(dòng)器演示電路