安森美半导体高能效LED通用照明办理方案

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通用照明市场常用的光源包括白炽灯、紧凑型荧光灯(CFL)、线性荧光灯、高强度气体放电灯(HID)以及新兴的高亮度发光二极管(HB LED)等。随着人们绿色环保意识的进步，通用照明市场也成为业界致力进步能效的告急目标。

就能效(总输出流明与输入功率比，lm/W)而言，差别的通用照明光源中，白炽灯的能效相对较低，标准60 W白炽灯能效范畴介于10至13 lm/W之间(总输出为600至800 lm)，而CFL的典范能效达55至60 lm/W(由于光斲丧，55 lm/W的CFL灯具的净能效仅在28至50 lm/W之间)。别的的光源，如金属卤素HID灯能效约在80 lm/W，但在灯光投射路径上会有大量的斲丧。

图1：通用照明光源的生长趋势

相比较而言，LED拥有着越来越高的能效，业界近期宣称的最强的白光LED研发本领到达了132至136 lm/W，色温达(4,500-6,000K)。实际上，LED的低压、小体积、定向光、固态器件、长变乱寿命等上风，敷衍通用照明分外具有吸引力。

LED通用照明体系面对的恳求及寻衅

敷衍LED在通用照明中的应用，须要从体系的角度来阐发其恳求。总的来看，LED通用照明体系涉及到LED光源(紧凑高效，提供宽阔范畴的色彩和输出功率)、电源转换(将互换墙式插座、电池、太阳能电池的电源高效地转换至沉寂的低压直流电源)、控制和驱动(采取电子电路对LED举行稳压和控制)、热办理(结点温度控制非常告急，须要阐发散热，从而实现更长的变乱寿命)及光学器件等。

要开辟高能效的LED通用照明办理方案，这几方面的恳求都非常告急。此中，本文紧张讨论LED的控制和驱动，同时也会在下文的太阳能供电街灯照昭示例中连合讨论高效的电源转换标题。

敷衍LED驱动而言，它面对的紧张寻衅就在于LED的非线性。这紧张表如今LED的正向电压会随着电流和温度而变革，差别LED器件的正向电压会有差别，LED“色点”会随着电流和温度而漂移，并且LED必须在典范恳求的范畴内变乱从而实现可靠变乱。而LED驱动器的紧张作用，便是在变乱条件范畴内限定电流，而无论输入条件和正向电压怎样变革。

敷衍LED驱动电路而言，除了举行恒流稳流，还面对着别的一些关键恳求。比喻，要是须要LED调光，通常采取的是脉宽调制(PWM)调光技能；而用于LED调光的典范PWM频率是1至3 kHz。别的，LED驱动电路的功率处理惩罚处罚本领必须富饶，且结果强固，可以遭受多种妨碍条件，并且要易于实现。

通用照明电源转换及LED驱动示例

根据细致应用的差别，LED大概会采取差别的电源来供电，如互换线路、太阳能板、12 V汽车电池、直流电源或低压互换体系，以致是基于碱和镍的电池或锂离子电池等。

1) 采取宽输入范畴的直流-直流(DC-DC)电源为LED供电

很多高亮度LED应用变乱在高至40 VDC范畴的电源，如活动式照明、景观和蹊径照明、汽车和交通照明、太阳能供电照明，以及摆设柜照明等。

以太阳能电池板供电为例，进步太阳能电池板的光电转换能效(如今仅为约30%)非常告急。太阳能电池板的电压-电流(V-I)特性曲线出现非线性和可变性，要从中析取最大量的电能非常困难。这须要太阳能LED街灯的充电控制器及别的干系电子电路(一样通常采取微控制器来实现)尽大概地进步能效，从而发挥最大上风。

图2：安森美半导体CS51221控制器的太阳能板充电控制应用表现图

最新支持最大峰值功率追踪(MPPT)结果的控制器能对太阳能电池不绝变革的V/I特性曲线提供补偿，优化太阳能电池的功率输出，进步能效，并使蓄电池充电至优化电量。细致而言，当我们实际上无法变革负载时，MPPT结果使太阳能电池“以为”负载正在孕育产生变革；通过这种要领，MPPT“诱骗”太阳能板输出差别电压和电流，从而容许更多电能输入至蓄电池。

安森美半导体针对太阳能板电池充电控制应用，推出CS51221加强型电压模式PWM控制器(见图2)，支持最大峰值功率追踪，输入电压为12至24 V，输出为12 V@2 A，并提供可调理逐脉冲限流、输入欠压锁定和输出过压锁定等掩护特性。这控制器提供资助输入端，用于长途传输和监控；可以大概适应功率高至90 W的太阳能板应用。

而在后续的LED驱动方面，可以选用安森美半导体的NCP3066驱动方案。。NCP3066是一款高亮度LED恒流降压稳压器，带专用“启用”引脚用于实现低待性能耗，具有匀称电传播感结果(电流精度与LED正向电压无关)，提供0.2 V电压参考，得当小尺寸/低资源传感电阻。这器件不须要环路补偿，易于筹划。须要指出的是，NCP3066也可用作控制器，如可采取100 V外部N沟道FET来举行升压。这器件支持4至30 W功率的差别应用，且提供差别MOSFET选择。

除了太阳能供电街道照明应用外，在针对新兴的高亮度、高视觉打击力LED修筑物照明的RGB LED像素控制应用中，还可以采取安森美半导体的三通道线性恒流LED驱动器CAT4103。CAT4103为高端、多色彩、“智能”LED修筑物照明应用而筹划。它具有高速串行接口，可以大概支持达25 MHz的数据率，提供完全缓冲的数据输出，确保在散布式(长隔断)、菊花链型照明体系中维持最高的数据完备性。

CAT4103支持每通道达175 mA的宽阔范畴LED恒流驱动，电流为60 mA时压降电平至0.3 V ，确保在驱动长串LED时提供最高性能。这种驱动器每通道支持25 V的电压电平，可以大概以超过跨过10瓦(W)的高亮度功率电平支持RGB像素。

图3：安森美半导体CAT4103三通道线性恒流LED驱动器应用表现图。

2) 采取互换不在线电源为LED供电

在采取互换不在线电源为LED供电的应用中，涉及到浩繁差别的应用场合，如电子镇流器、荧光灯调换、交通讯号灯、LED灯胆、街道和停车照明、修筑物照明、停滞灯和标记等。在这些从互换主电源驱动大功率LED的应用中，有两种常见的电源转换技能，即在须要电流断绝(galvanic isolation)时利用反激转换器，或在不须要断绝时利用较为大抵的降压拓扑布局。

在反激转换器方面，根据输出功率的差别，可以采取安森美半导体的差别反激转换器。比喻，安森美半导体的NCP1013得当于功率高达5 W(电流为350 mA、700 mA或1 A)的紧凑型筹划应用，NCP1014/1028可以提供高达8 W的连续输出功率，而NCP1351则得当于大于15 W的较大功率通用应用。

以NCP1014/1028为例，这是安森美半导体推出的不在线式PWM开关稳压器，具有集成的700 V高压MOSFET，均采取350 mA/22 Vdc变压器筹划及700 mA/17 Vdc配置，输入电压范畴为90至265 Vac，具有输出开路电压钳位、采取频率抖动淘汰电磁滋扰(EMI)信号以及内置热封闭掩护等特性，得当于LED镇流器、修筑物照明、表现器背光、标记和通道照明及作业灯等应用。

图4：原50 W卤素台灯、所用变压器及改造后所用的LED及驱动电路板。

为了显现LED的调换上风，安森美半导体近期对一款从市场上所购得的50 W卤素台灯举行了改革(见图4)，它改用LED灯并采取安森美半导体的NCP1014开关稳压器再辅以得当的散热筹划后，光输出更高，但能耗仅为原台灯的1/9。实际上，安森美半导体改革的这台灯的总能耗以致比基于变压器的原卤素台灯的电能斲丧更低(有关这转换筹划的详情，请拜见安森美半导体的筹划白皮书TND358，URL：http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND358-D.PDF)。

值得一提的是，在照明应用中，要是输出功率恳求高于25 W，LED驱动器则面对着功率因数校正(PFC)的标题。在这类大概须要采取PFC控制器的应用中，传统的办理方案是PFC控制器+PWM控制器的两段式方案。这种方案支持模块化，且认证大抵，但在总体能效方面会有折衷，如假设互换-直流(AC-DC)段的能效为87%至90%，直流-直流(DC-DC)段能效为85%至90%，则总能效仅为74%至81%。随着LED技能的连续改革，这种架构预计将转化为越发优化、更高能效的方案。根据恳求的差别，有多种可供选择的方案，如：PFC+非断绝降压、PFC+非断绝反激或半桥LLC、NCP1651/NCP1652单段式PFC方案。

掩护通用照明应用中的LED

如前所述，LED是一种利用寿命极长的光源(可长达5万小时)。除了须要针对细致的LED应用选择得当的LED驱动办理方案，还须要为LED提供得当的掩护，由于偶然偶尔偶然偶尔LED也会失效。其缘故因由多种多样，大概是由于LED早期失效，也大概是由于局部的组装缺陷或是因瞬态征象导致失效。必须对这些大概的失效提供保卫步调，分外是由于某些应用属于关键应用(妨碍停机资源高)，或是沉寂攸关的应用(如头灯、灯塔、桥梁、飞行器、飞机跑道等)，或是在地理上难于靠近的应用(维护困难)等。在这方面，可以采取安森美半导体的NUD4700 LED分流掩护办理方案。图5是这种分流掩护办理方案的应用及原理表现图。

在LED正常变乱时，泄泄电流仅为近100 μA；而在遭遇瞬态或浪涌条件时，LED就会开路，这时NUD4700分流掩护器地点的分流畅道激活，所带来的压降仅为1.0 V，将带给电路的影响尽大概地减小。这器件采取节流空间的小型封装，筹划用于1 W LED(额定电流为350 mA@ 3 V)，要是散热处理惩罚处罚得当，也支持大于1 A电流的利用。

图5：安森美半导体NUD4700 LED开路分流掩护器的应用表现图

总结：

LED所拥有的浩繁上风使其在通用照明市场越来越受到青睐。安森美半导体身为环球领先的高性能、高能效硅办理方案提供商，不论是采取不在线互换电源或是宽输入范畴的直流-直流(DC-DC)电源供电的LED照明应用，都能提供高能效的电源转换控制及LED驱动办理方案，餍足干系应用需求，并提供极高能效，支持节能环保的最新趋势，受到客户的推许。