符合“能源之星”固態照明要求的離線高功率因數TRIAC調光LED驅動器參考設計

　　據國際能源署(IEA)估計，全球消耗的電能中有19%是用于照明。因此，近年來，世界各國紛紛致力于以更高能效的方案來替代低能效的白熾燈光源。而隨著發光二極管(LED)在流明輸出及光效方面持續快速進步，同時，平均每流明光輸出的成本也在下降，再結合LED在高指向性、長壽命和低維護成本等方面的優勢，LED照明(也稱固態照明，或SSL)成為一種極為引人注目的替代解決方案。

　　針對固態照明的能效規范要求

　　為了促進節能，世界各地的政府機構或規范組織制定了不同LED照明規范，主要體現在對功率因數(PF)的要求方面。如歐盟的國際電工聯盟(IEC)規定了功率大于25 W照明應用的總諧波失真性能，某些地區的其它國際標準也適用這規定。

　　另外，美國能源部制定及發布了針對固態照明燈具的“能源之星”標準。這項自愿性標準包含針對常見住宅和商業照明燈具(如嵌燈、櫥柜燈和臺燈)的系列要求，涵蓋最低流明輸出、總體光效、可靠性目標、光色溫及一系列其它關鍵系統級要求。值得注意的是，這個標準中并不直接包含電源能效要求，但包含功率因數要求，即不論是何種功率等級，住宅應用要求的PF大于0.7，商業應用要求的PF大于0.9，而集成LED燈光的要求是PF大于0.7。

　　當然，并非所有國家都絕對強制要求在照明應用中改善功率因數，但某些應用可能有這方面的要求。例如，公用事業機構可能大力推動擁有高功率因數的產品在公用設施中的商業應用。此外，公用事業機構擁有/維護街燈時，他們可以根據自己的意愿，來決定是否要求產品擁有高功率因數(通常大于0.95+)。

　　13 W LED嵌燈設計示例

　　1)參照代用標準確立最大負載設計目標

　　以“能源之星”的固態照明燈具標準為例，這標準包含決定燈具光效的總體性要求;實際上，這標準是一個系統級標準，涉及所選LED、現場工作溫度、光學組件、驅動器電源轉換能效等。燈具開發人員因而可以在LED的選擇、光學組件的使用、熱管理方案、驅動器拓撲結構及設計方面折衷取舍，從而符合整體要求。下表列舉了“能源之星”1.1版住宅及商業應用固態照明規范1.1版對嵌燈的關鍵系統要求。

　　表1：“能源之星”1.1版住宅及商業固態照明規范之嵌燈關鍵要求。

　　最常見的嵌燈是較大孔徑類嵌燈。對于住宅及商業應用而言，除了功率因數方面的差別，設計人員能夠靈活地使用中性及暖白光LED。從表1中的最低要求可以看出，要獲得575流明的最低輸出，最大輸入功率閾值約為16.4 W。

　　由于沒有直接適用的LED驅動器能效標準，可考慮將“能源之星”2.0版外部電源(EPS)標準作為代用標準。根據EPS 2.0標準，額定功率在1到49 W之間的標準電源的最低能效要求為0.0626×ln(Pno)+0.622。因此，符合這標準的12 W額定功率電源的最低能效為77.7%，15 W電源則為79.1%。由于LED燈具標準基于輸入插座能效，有必要將驅動器能效目標轉換為有效的LED負載。為了增加一些設計裕量，我們將最低目標能效定為80%。這樣一來，LED負載就為16.4 W×80%，即13.1 W。

　　這樣，我們就確定了最大負載設計目標。LED光效受制于LED制造商以及驅動電流和工作溫度。安森美半導體這GreenPoint®參考設計選擇的是350 mA的恒定電流，支持市場上大多數高亮度功率LED。另一個要顧及的因素是燈具開發人員可以選擇寬范圍的LED，所選LED的光效越高，要求采用的LED數量就越少。因此，這GreenPoint®參考設計在50%至100%額定負載時的能效應當較高。隨著LED光效的提升，可以輕易修改同一個基本電源設計來驅動更少的LED，從而提供遠高于最低要求的燈具光效。