基于NCP1075 / NCP4328A的高壓LED驅動方案

如今，高壓LED的應用越來越多，像是CREE及Philips-Lumileds等眾多LED制造商都推出了高壓LED.這些LED的典型正向電壓（VF）范圍在24 V至超過200 V間（圖1）。

　　推動這類LED進展的部分因素在于業界渴求優化從交流主電源電壓到LED串電壓的電源轉換，同時簡化驅動器電子電路。事實上，在某些情況下，它們被以“無驅動器”的名義來推廣，因為二極管橋和線性穩壓器就能構成簡單的電路。但此方法有幾種缺點。由于在每個線路周期的部分時間內，當輸入電壓低于LED正向電壓時，LED處于關閉狀態，故需要更多的LED來產生所要求的流明輸出。此外，LED燈泡在100/120 Hz時呈現出超過100%的紋波。而在照明領域，低頻紋波對人們工作效率的影響問題一直存在，業界仍在研究相關效應，著手設定可接受的LED光源閃爍量指引，因為LED光源閃爍更令人敏感，不像鎢絲燈那樣持續發光。

　 　圖1:典型高壓LED產品示例

　　采用升壓拓撲結構來驅動高壓LED

　　如果LED串能夠配置為正向電壓VF高于峰值交流電源電壓，那就就以使用升壓拓撲結構來驅動LED.輸出電壓必須高于施加的交流輸入峰值電壓。以最高額定電壓為265 Vac計，那么，適合此升壓轉換器應用的LED最小電壓絕對值：265 Vac x √2 = 375 Vdc.

　　升壓轉換器能提供高功率因數及低總諧波失真（THD），能進行精確穩流而無論LED正向電壓及交流線路電壓如何變化，還解決了紋波問題，無須在設計中使用更多數量的LED來提供所要求的流明輸出。值得注意的是，許多低功率LED也可以配置為長串形式，用于提供所要求的高壓，而這在諸如線性燈管等分布式照明應用中尤其具備吸引力。

　　本文所建議的升壓轉換器提供恒定輸出電流，補償輸入線路電壓范圍及LED電壓和溫度變化。這驅動器的設計指引如下：

　　· 輸入電壓范圍：200 - 265 Vac

　　· 輸出電流：典型值30 mA

　　· 輸出電壓：典型值393 Vdc

　　· 能效：>88%

　　· 功率因數：>0.9

　　· 負載開路保護

　　安森美半導體用于高壓LED驅動的高功率因數升壓LED驅動器方案

　　安森美半導體的升壓驅動方案采用了NCP1075開關穩壓器。NCP1075集成了700 V MOSFET及控制功能，采用節省空間的SOT-223或PDIP-7封裝。這單片開關穩壓器提供眾多保護功能，如帶定時器檢測的自動恢復輸出短路保護（無須擔心輔助繞組耦合）、帶輔助繞組工作的自動恢復過壓保護、交流輸入線路電壓檢測（增強低輸入電壓條件下的保護）等。此外，這方案還提供內置動態自供電（DSS）功能，無需外部偏置元件。由于不要求偏置繞組，故升壓電感能夠使用現成的低成本磁性元件。

　　通常而言，電流模式轉換器必須利用模擬乘法器來實現高功率因數。此設計示例中使用了簡單的晶體管跟隨器來迫使轉換器降低交流主電源過零點附近的電流消耗。再結合輸入二極管橋之后的小型電容，這種控制方法設定主電源線路電流以跟隨施加的交流線路電壓波形，因而提供高功率因數。

　 　圖2:基于NCP1075和NCP4328A的升壓LED驅動電路圖。

　　LED穩流是通過調制跟輸入正弦波過零點間隔的導通時間來控制的。由于高功率因數轉換器中的大多數功率轉換出現在正弦波峰值附近，使用正弦波峰值附近的受控開關平衡過零點附近的特性，就提供高功率因數及高穩流精度。

　　恒流控制是使用與LED負載串聯的感測電阻來實現的。電阻電壓由安森美半導體組合型恒壓/恒流控制器NCP4328A來處理。內置參考為電流控制環路提供額定62.5 mV電平，并為電壓控制環路提供1.250 V電平。這些放大器內部結合以提供緊湊型5引腳TSOP封裝中的單個輸出控制引腳。

　　值得注意的是，NCP4328A的額定供電電流僅為105 μA.由于供電電流電平如此之低，NCP1075的動態自供電（DSS）功能也可為此控制器提供偏置電源。因此，偏置網絡非常簡單，僅有濾波電容及連接電容與NCP4328A之間的走線。

　 　圖3:基于NCP1075和NCP4328A的升壓LED器電路板原型（PCB尺寸為24 x 35 mm）。

　　在這設計中，NCP4328A控制器的另一半提供負載開路保護。精密的穩流使LED工作電壓接近于升壓濾波電容的最大額定電壓，而沒有常見的容限顧慮。有關安森美半導體這參考設計電感、電阻及電容等元件的選擇，請參見參考資料1,獲取更詳細信息。

　　性能測試結果

　　這高壓LED升壓驅動電路板的性能測試結果顯示提供高能效。如在190至255 Vac輸入電壓范圍內，這設計的能效高于91%.同時LED穩流精度也保持在高水準，見圖4.

　　圖4:基于NCP1075和NCP4328的高功率因數LED升壓驅動電路板能效測試結果。

　　圖5:基于NCP1075和NCP4328的高功率因數LED升壓驅動電路PF及THD結果。

　　同時，此電路設計也提供高功率因數，如190至255 Vac電壓范圍內功率因數高于0.94.同時，輸入電流總諧波失真（THDi）也保持極低。此外，諧波含量和EMI信號也符合相關規范標準。

　　總結

　　典型正向電壓范圍在24 V至超過200 V的高壓LED的應用日漸增多，用以優化交流主電源電壓到LED串電壓的電源轉換，并簡化驅動電子電路。由二極管橋和線性穩壓器構成的驅動電路很簡單，但也存在多種缺點。