低功率LED通用照明設計挑戰暨安森美半導體高能效方案

　　實際上，高功率因數通常需要正弦線路電流，且要求線路電流及電流之間的相位差極小。修改傳統設計的第一步就是在開關段前獲得極低電容，從而支持更貼近正弦波形的輸入電流。這使整流電壓跟隨線路電壓，產生更合意的正弦輸入電流，反激轉換器的輸入電壓就以線路頻率的2倍跟隨整流正弦電壓波形。如果輸入電流保持在相同波形，功率因數就高。安森美半導體的NCP1014自供電單片開關穩壓器采用固定頻率工作，電流不能上升到高于某個特定點;這個點由輸入電壓及開關周期或導電時間結束前的初級電感來確定。由于導電時間的限制，輸入電流將跟隨輸入電壓的波形，從而提供更高的功率因數。

　　應對更高功率因數及TRIAC調光挑戰的方案

　　要針對低功率LED照明應用提供高于0.9的功率因數及低總諧波失真，以適合商業應用要求，就有必要使用新的拓撲結構。在這種情況下，傳統的兩段式拓撲結構(PFC升壓+反激轉換)就無法滿足要求了。相應的，我們可以使用基于安森美半導體NCL30000臨界導電模式(CrM)反激控制器的單段式CrM反激拓撲結構。單段式拓撲結構省下專用的PFC升壓段，幫助減少元器件數量，降低系統總成本，并提供高功率因數。圖4顯示的是安森美半導體基于NCL30000的單段式高功率因數反激拓撲結構的簡化功能框圖。

　　值得一提的是，與前述針對住宅應用使用開關穩壓器(內置FET等旁路元件)的方案不同，我們在針對商業照明的應用中使用的是寬動態范圍的精確導通時間控制器方案NCL30000。設計中采用控制器(外置FET等旁路元件)方案的原因包括易于在能效和成本之間實現折衷、能以單顆控制器支持寬功率范圍(5到30 W)、及便于優化散熱及靈活布線等。基于NCL3000構建的90到305 Vac EFD25演示板(Vout = 12 LED, 37 Vdc)測試顯示，功率因數遠高于0.9，部分輸入電壓條件下功率因數甚至高于0.95(見圖5)，能效也極高(參見參考資料2)。 圖5：基于NCL30000的演示板PF及THD測試結果。

　　此外，TRIAC調光器應用廣泛，故LED驅動方案的一項挑戰就是兼容TRIAC調光這樣的已有調光技術，因為TRIAC調光器設計針對的是電阻型負載的白熾燈泡(功率因數約為1)，。有利的是，基于NCL30000的設計提供極高的功率因數，輕松符合商業應用的功率因數要求。且用示波器截取的波形顯示，優化設計的NCL30000單段式CrM反激電源的基本電流波形與輸入電壓波形保持同相，輸入電流波形看上去象是電阻型負載的波形，能夠兼容TRIAC調光。

　　為了支持客戶在低功率LED商業照明應用中應用NCL30000 PFC控制器，安森美半導體提供設計目標功率低于18 W、旨在以350 mA電流驅動4到15顆LED的三款NCL30000評估演示電路板，分別是NCL30000LED1GEVB(輸入電壓90至135 Vac，TRIAC可調光)、NCL30000LED2GEVB(輸入電壓180至265 Vac，TRIAC可調光)及NCL30000LED3GEVB (輸入電壓90至305 Vac)。當然，客戶可能需要支持更大功率及更大電流的選擇。這時候就需要優化變壓器及輸出整流器和電容等關鍵元器件，并將輸出繞組由串聯改為并聯方式。而且有利的是，NCL30000作為控制器方案，支持寬功率范圍。