固態照明標準的離線型LED驅動器GreenPoint?參考設計

　　設定輸出電流Iout=630 mA則要求感測電阻RSENSE=0.85 Ω。感測電阻由4顆并聯的元件R6、R7、R8和R9組成，選擇R6和R7的阻值為1.8 Ω，選擇R8的阻值為10 Ω，而讓R9開路，從而產生約0.83 Ω的總感測電阻。

　　6)功率因數控制

　　在本電路中維持高功率因數有賴于緩慢的反饋響應時間，僅支持給定輸入電源半周期內反饋電平略有改變。對于這種電流模式的控制器件而言，最大峰值電流在半周期內幾乎保持恒定。與傳統反饋系統相比，這就改善了功率因數。電容C6提供慢速的環路響應，抑制NCP1014的內部18 kΩ上拉電阻及來自反饋光耦合器晶體管的電流。從經驗來看，電容C6確定在22μF至47μF的范圍之間。

　　7)變壓器

　　本LED驅動器要求的最低輸入電壓為90 Vac，相應的峰值為126 Vac，在輸出功率Po=8 W、效率(η)=0.75及Vin=126 V的條件下，計算出的峰值電流Ipk=0.339 A。再使用100 kHz的開關頻率(fSW)值，計算出初級電感(Ip)=1858μH。

　　這個功率等級適合選擇窗口面積(Ac)為0.2 cm2的E16磁芯。最大磁通密度設定為3 kG，可以計算出的初級匝數為105匝(T)。輸出電壓限制為22 V，用于開路負載事件下的保護。為了提供一些輸出電壓余量及降低占空比，輸出電壓值增加50%，達到33 V。次級最小匝數(Ns)將是約20匝。

　　NCP1014需要最低8.1 V的電壓，使轉換器工作時DSS功能免于激活。最低LED電壓設計為12.5 V，初級偏置繞組匝數(Nb)約為13匝。

　　8)開路保護

　　齊納二極管提供開路負載保護。開路電壓由二極管D8電壓、電阻R4壓降及光耦合器LED電壓之和確定。所選擇的齊納二極管D8的額定電壓為18 V。

　　9)泄漏電阻器及濾波器

　　電阻R10及電容C10提供小型的放電通道，并過濾輸出噪聲。

　　10)模擬調光

　　本參考設計包含一個可選的控制部分，以實現模擬電流調節的調光。出于這個目的，可以增加電阻R12、R14、R15、二極管D9、晶體管Q2等元器件從及至電位計R13的連接。本設計所選擇的電阻R12的阻值為1 kΩ，調光電位計R13為10 kΩ，R14為820 Ω，R15為1 kΩ。

　　11)電容壽命

　　LED照明的其中一項考慮因素是驅動器與LED應當具有相當的工作壽命。雖然影響電源可靠性的因素眾多，但電解電容對任何電子電路的整體可靠性至關重要。有必要分析本應用中的電容，并選擇恰當電解電容，從而提供較長的工作壽命。電解電容的可用壽命在很大程度上受環境溫度及內部溫升影響。本參考設計選擇的電容是松下的ECA-1EM102，額定值為1000 ?F、25 V、850 mA、2,000小時及85℃。在假定50℃環境溫度條件下，這電容的可用壽命超過12萬小時。

　　測試結果

　　相關測試數據是NCP1014LEDGTGEVB*估板在負載為4顆LED、工作電流約為630 mA條件下測得的，除非另行有說明。圖3及圖4是不同條件下的能效測量數據。圖5顯示的是不同線路電壓條件下的功率因數。需要指出的是，輸入電壓在90 Vac至135 Vac范圍內時，功率因數高于0.8，遠高于“能源之星”的LED住宅照明應用功率因數要求。

　　圖3：Vin=115 Vac、不同輸出負載時的能效　　圖4：Pout=8.5 W、不同線路電壓時的能效

　　圖5：不同線路電壓時的功率因數。

　　總結：

　　“能源之星”標準為固態照明提供了量化要求，使LED驅動器面臨一些新的要求，如功率因數校正。這就要求新穎的解決方案來滿足這些要求，同時還不會增加電路復雜性及成本。本文結合優化的NCP1014LEDGTGEVB*估板，介紹了安森美半導體的離線型8 W LED驅動器參考設計的設計背景、解決方案及設計過程，并分享了相關能效及功率因數測試結果，顯示這參考設計提供較高的能效，符合“能源之星”固態照明標準的功率因數要求，非常適合這類低功率LED照明應用。