LED照明設計基礎知識分享

圖5：有源PFC的應用電路示意圖

PFC技術包括無源PFC及有源PFC兩種。無源PFC方案的體積較大，需要增加額外的元件來更好地改變電流波形，能夠達到約0.8或更高的功率因數。其中，在小于5 W至40 W的較低功率應用中，幾乎是標準選擇的反激式拓撲結構只需要采用無源元件及稍作電路改動，即可實現高于0.7的功率因數。有源PFC(見圖6)通常是作為一個專門的電源轉換段增加到電路中來改變輸入電流波形。有源PFC通常提供升壓，交流100至277 Vac的寬輸入范圍下，PFC輸出電壓范圍達直流450至480 Vdc。如果恰當地設計PFC段，可以提供91%到95%的高能效。但增加了有源PFC，仍然需要專門的DC-DC轉換來提供電流穩流。

四、能效問題

LED照明應用的能效需要結合功率輸出來考慮。美國“能源之星”固態照明規范規定了照明器具級的能效，但并不涉及單獨LED驅動器的能效要求。如前所述，采用AC-DC電源的LED應用可以采用兩段式分布拓撲結構，故可能采用外部AC-DC適配器供電。而“能源之星”的確包含有關單輸出外部電源的規范，其2.0版外部電源規范于2008年11月開始生效，要求標準工作模式下最低能效達87%，而低壓工作模式下最低能效達86%;在此規范中，功率大于100 W時才要求PFC。

圖6：美國能源部2008年秋季提出的LED照明燈具能效研發目標

而在采用AC-DC電源的LED應用中，要提供更高的AC-DC轉換能效，就涉及到成本、尺寸、性能規范及能效等因素之間的折衷問題。例如，若使用更高質量的元件、更低導通阻抗(RDSon)，就可降低損耗及改善能效;降低開關頻率一般會改善能效，但卻會增加系統尺寸。諸如諧振這樣新的拓撲結構提供更高能效，卻也增加設計及元件的復雜度。如果我們將設計限定在較窄的功率及電壓范圍，則可以幫助優化能效。

五、驅動器標準

LED驅動器本身也在不斷演進，著重于進一步提高能效、增加功能及功率密度。美國“能源之星”的固態照明規范提出的是照明器具級的能效限制，涉及包括功率因數在內的特定產品要求。而歐盟的IEC 61347-2-13 (5/2006)標準針對采用直流或交流供電的LED模塊的要求包括：

最大安全特低電壓(SELV)工作輸出電壓≤25 Vrms (35.3 Vdc)

不同故障條件下“恰當”/安全的工作

故障時不冒煙或易燃

此外，ANSI C82.xxx LED驅動器規范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵從UL、CSA等標準，如UL1310 (Class 2)、UL 60950、UL1012。

此外，LED照明設計還涉及到產品壽命周期及可靠性問題。

總結：

本文分享了安森美半導體產品應用專家Bernie Weir先生的一些重要的LED照明設計基礎知識，如驅動器的通用要求、驅動器電源的拓撲結構、功率因數校正、電源轉換能效及驅動器需要遵從的標準等問題，幫助工程師更好地從事LED照明設計。安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效硅解決方案供應商，針對不同LED照明應用，不論其采用何種電源供電，均提供應用所需的高性能電源轉換、功率因數校正及驅動解決方案，輔以高質量的服務及支援，幫助客戶在市場競爭中占據先機。