1)采用交換離線電源為LED供電
在采用交換離線電源為L(zhǎng)ED供電的利用中，涉及到眾多不同的利用處合，如電子鎮(zhèn)流器、熒光燈調(diào)換、交通信號(hào)燈、LED燈泡、街道和停車照明、建筑物照明、障礙燈和標(biāo)記等。在這些從交換主電源驅(qū)動(dòng)大功率LED的利用中，有兩種常見的電源轉(zhuǎn)換技巧，即在需要電流隔離(galvanic isolation)時(shí)應(yīng)用反激轉(zhuǎn)換器，或在不需要隔離時(shí)應(yīng)用較為簡(jiǎn)略的降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
在反激轉(zhuǎn)換器方面，根據(jù)輸出功率的不同，可以采用安森美半導(dǎo)體的不同反激轉(zhuǎn)換器。例如，安森美半導(dǎo)體的NCP1013合適于功率高達(dá)5 W(電流為350 mA、700 mA或1 A)的緊湊型設(shè)計(jì)利用，NCP1014/1028可以供給高達(dá)8 W的持續(xù)輸出功率，而NCP1351則合適于大于15 W的較大功率通用利用。
以NCP1014/1028為例，這是安森美半導(dǎo)體推出的離線式PWM開關(guān)穩(wěn)壓器，具有集成的700 V高壓MOSFET，均采用350 mA/22 Vdc變壓器設(shè)計(jì)及700 mA/17 Vdc配置，輸進(jìn)電壓范疇為90至265 Vac，具有輸出開路電壓鉗位、采用頻率抖動(dòng)減少電磁干擾(EMI)信號(hào)以及內(nèi)置熱封閉保護(hù)等特征，合適于LED鎮(zhèn)流器、建筑物照明、顯示器背光、標(biāo)記和通道照明及作業(yè)燈等利用。NCP1014/1028的利用設(shè)計(jì)示意圖如下面的圖1所示。值得一提的是，這設(shè)計(jì)具有開路輸出保護(hù)功效，會(huì)在開路時(shí)將輸出鉗位至24 V電壓。在這設(shè)計(jì)中，電流和開路電壓能夠通過(guò)簡(jiǎn)略地轉(zhuǎn)變電阻/齊納二極管組合來(lái)調(diào)劑。值得一提的是，假如針對(duì)230 Vac交換線路應(yīng)用另一種可選變壓器，則NCP1014能夠供給高達(dá)19 W的功率，NCP1028能夠供給高達(dá)25 W的功率。
圖1：安森美半導(dǎo)體離線式第二代LED驅(qū)動(dòng)器NCP1014/1028的利用示意圖。
在照明利用中，假如輸出功率請(qǐng)求高于25 W，LED驅(qū)動(dòng)器則面臨著功率因數(shù)校訂(PFC)的標(biāo)題。例如，歐盟的國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)針對(duì)照明(功率大于25 W)的請(qǐng)求中具有針對(duì)總諧波失真(THD)的規(guī)定。而在美國(guó)，能源部“能源之星”項(xiàng)目固態(tài)照明尺度中對(duì)PFC帶有強(qiáng)迫性請(qǐng)求(而無(wú)論是何種功率等級(jí))，即針對(duì)住宅利用部分請(qǐng)求功率因數(shù)高于0.7，而針對(duì)貿(mào)易利用部分請(qǐng)求功率因數(shù)高于0.9。這尺度屬于自愿遵照的尺度，并非強(qiáng)迫性請(qǐng)求，但有些利用可能需要良好的功率因數(shù)。例如，公營(yíng)事業(yè)機(jī)構(gòu)將推動(dòng)LED的大范圍利用，利用在公用設(shè)施級(jí)別的LED可看擁有較高功率因數(shù)；而且公營(yíng)事業(yè)機(jī)構(gòu)擁有或供給LED街燈服務(wù)時(shí)，LED是否具有較高功率因數(shù)(通常大于0.95)取決于公營(yíng)事業(yè)機(jī)構(gòu)的意愿，假如他們?cè)敢?，則相應(yīng)的LED驅(qū)動(dòng)解決計(jì)劃必需滿足這方面的請(qǐng)求。
圖2：需要PFC的LED驅(qū)動(dòng)利用中不同架構(gòu)對(duì)照。
在這類可能需要采用PFC把持器的利用中，傳統(tǒng)的解決計(jì)劃是PFC把持器+PWM把持器的兩段式計(jì)劃。這種計(jì)劃支撐模塊化，且認(rèn)證簡(jiǎn)略，但在總體能效方面會(huì)有調(diào)和，如假設(shè)交換-直流(AC-DC)段的能效為87％至90％，直流-直流(DC-DC)段能效為85％至90％，則總能效僅為74％至81％。隨著LED技巧的持續(xù)改良，這種架構(gòu)預(yù)計(jì)將轉(zhuǎn)化為更加優(yōu)化、更高能效的計(jì)劃。根據(jù)請(qǐng)求的不同，有多種可供選擇的計(jì)劃，如：PFC+非隔離降壓、PFC+非隔離反激或半橋LLC、NCP1651/NCP1652單段式PFC計(jì)劃。
另一方面，如上所述，在不需要隔離的利用中，可以采用較為簡(jiǎn)略的降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的電感比變壓器小得多，而且只需要很少的元件來(lái)實(shí)現(xiàn)這種解決計(jì)劃。這種架構(gòu)采用的是峰值電流把持(PCC)模式，工作在深度持續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)。這種架構(gòu)具有多種上風(fēng)，如可以打消應(yīng)用大電解輸出電容、具有“良好”穩(wěn)流的簡(jiǎn)略把持原理，以及能夠充分利用安森美半導(dǎo)體的動(dòng)態(tài)自供電(DSS)技巧才能來(lái)直接從交換線路為驅(qū)動(dòng)器供電。圖3顯示的是安森美半導(dǎo)體NCP1216 PWM電流模式把持器的利用設(shè)計(jì)示意圖。
圖3：采用峰值電流把持的NCP1216非隔離型離線式LED驅(qū)動(dòng)利用。
它充分利用高壓工藝技巧的上風(fēng)，從交換主電源直接為把持器供電，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電路。這設(shè)計(jì)合適120 Vac條件，若要用于230 Vac條件，則需要變更少許元件，如功率FET和電容。由于這是一種非隔離型AC-DC設(shè)計(jì)，所以存在高壓。而且這是一項(xiàng)浮動(dòng)設(shè)計(jì)，IC和LED并非對(duì)地參考。在對(duì)器件進(jìn)行供電之前，LED必需連接至電路板。
對(duì)于這類降壓把持方法而言，當(dāng)把持的LED數(shù)目減少時(shí)，它的一項(xiàng)局限就會(huì)呈現(xiàn)，由于這時(shí)占空比會(huì)變得極窄。而且開關(guān)把持器在電流被感測(cè)到之前會(huì)有200至400 ns的前沿消隱電路。在這種情況下，必需下降開關(guān)頻率來(lái)適應(yīng)正常把持，并通過(guò)半波整流輸進(jìn)電路將電壓保持在最低值。在這種方法中，基礎(chǔ)架構(gòu)能夠通過(guò)元件修正來(lái)輕易擴(kuò)大，從而也能驅(qū)動(dòng)更長(zhǎng)的LED串。
2)采用寬輸進(jìn)范疇的直流-直流(DC-DC)電源為L(zhǎng)ED供電
有一系列高亮度LED利用工作在8至40 VDC范疇的電源，這些電源包含鉛酸電池、12-36 VDC適配器、太陽(yáng)能電池以及低壓的12 和24 VAC交換系統(tǒng)。這類的照明利用眾多，如運(yùn)動(dòng)式照明、景觀和道路照明、汽車和交通照明、太陽(yáng)能供電照明，以及擺設(shè)柜照明等。
表1：寬輸進(jìn)范疇的DC-DC LED利用。
即使目標(biāo)是采用恒定電流驅(qū)動(dòng)LED，首先要懂得的事件就是利用的輸進(jìn)和輸出電壓變更。LED的正向電壓由材料特征、結(jié)溫度范疇、驅(qū)動(dòng)電流和制作容限決定。憑借這些信息，就可以選擇適當(dāng)?shù)木€性或開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如線性、降壓、升壓或降壓-升壓等。而安森美半導(dǎo)體的NCP3065/3066是一種多模式LED把持器，它集成1.5 A開關(guān)，可以設(shè)置成降壓、升壓、反轉(zhuǎn)(降壓-升壓)/單端低級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。NCP3065/3066的輸進(jìn)電壓范疇為3.0至40 V，具有235 mV的低反饋電壓，工作頻率可調(diào)節(jié)，最高250 kHz。其它特征包含：能進(jìn)行逐周期電流限制、不需要把持環(huán)路補(bǔ)償、可采用所有陶瓷輸出電容工作、具有模仿和數(shù)字PWM調(diào)光才能、產(chǎn)生磁滯時(shí)內(nèi)部熱封閉等。
圖4：安森美半導(dǎo)體NCP3065在LED恒流降壓把持利用中的示意圖。
為L(zhǎng)ED供給保護(hù)
如前所述，LED是一種應(yīng)用壽命極長(zhǎng)的光源(可長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)小時(shí))。除了需要針對(duì)具體的LED利用選擇合適的LED驅(qū)動(dòng)解決計(jì)劃，還需要為L(zhǎng)ED供給適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，由于偶然LED也會(huì)失效。其原因多種多樣，可能是由于LED早期失效，也可能是由于局部的組裝缺點(diǎn)或是因瞬態(tài)現(xiàn)象導(dǎo)致失效。必需對(duì)這些可能的失效供給預(yù)防措施，特別是由于某些利用屬于關(guān)鍵利用(故障停機(jī)本錢高)，或是安全攸關(guān)的利用(如頭燈、燈塔、橋梁、飛翔器、飛機(jī)跑道等)，或是在地理上難于接近的利用(保護(hù)艱苦)等。
在這方面，可以采用安森美半導(dǎo)體的NUD4700 LED分流保護(hù)解決計(jì)劃。圖5是這種分流保護(hù)解決計(jì)劃的利用及原理示意圖。
圖5：安森美半導(dǎo)體NUD4700 LED開路分流保護(hù)器的利用示意圖。
在LED正常工作時(shí)，泄漏電流僅為近100 μA；而在遭遇瞬態(tài)或浪涌條件時(shí)，LED就會(huì)開路，這時(shí)NUD4700分流保護(hù)器所在的分流通道激活，所帶來(lái)的壓降僅為1.0 V，將帶給電路的影響盡可能地減小。這器件采用節(jié)儉空間的小型封裝，設(shè)計(jì)用于1 W LED(額定電流為350 mA@ 3 V)，假如散熱處理適當(dāng)，也支撐大于1 A電流的把持。
總結(jié)
相較于白熾燈等傳統(tǒng)光源，LED具有能效高、壽命長(zhǎng)、指向性好等眾多上風(fēng)，越來(lái)越受業(yè)界青睞用于通用照明市場(chǎng)。而LED在通用照明市場(chǎng)的利用涉及多方面的請(qǐng)求，需要從系統(tǒng)的角度往考慮，如光源、電源轉(zhuǎn)換、LED把持和驅(qū)動(dòng)、散熱和光學(xué)等。