近年來，世界上眾多國家致力於以更高能效的照明方案來替代低能效的白熾燈。而隨著發光二極體(LED)在發光性能及成本等幾乎各方面持續改進，LED在一般照明領域已經成為極引人注目的解決方案。從供電電源來看，LED照明也包括高電壓AC-DC、中等電壓AC-DC或DC-DC以及電池供電等不同類型。本文將著重探討用於低功率(一般低於30 W) AC-DC LED一般照明應用的驅動器方案及其在PAR30、A型燈等應用中的示例。

AC-DC電源轉換拓撲結構比較
對於低功率AC-DC LED電源轉換而言，可以選擇隔離型返馳式或非隔離降壓等不同拓撲結構。所謂「隔離」，是指輸入與輸出之間採用變壓器等進行電氣隔離。這兩種拓撲結構各有其特點。相比較而言，非隔離拓撲結構設計及電路板配置簡單、電路板尺寸小、元件數量少、能效更高，而隔離拓撲結構易於滿足安規要求，但磁學設計複雜，要求較大的電路板尺寸。本文將聚集於隔離型拓撲結構的AC-DC LED驅動器方案。

LED驅動器應用要求
對於LED一般照明應用而言，目前成本還相對較高，故高性比的LED驅動器無疑會更受青睞。此外，LED驅動器也應該具有高能效(低損耗)、高可靠性、符合電磁干擾(EMI)及諧波含量或功率因數(PF)等標準、彈性、適應寬環境條件、可改造用於已有應用、支援傳統控制方式工作(相容傳統調光)等。

其中，就功率因數要求而言，美國「能源之星」專案固態照明標準中對PFC帶有強制性要求(而無論是何種功率等級)，適用於特定產品，如嵌燈、櫥窗燈及檯燈等。此標準針對住宅應用部分要求功率因數高於0.7，針對商業應用部分要求功率因數高於0.9，而整體式LED燈泡的要求是輸入功率高於5 W的燈泡功率因數大於0.7。當然，並非所有國家都絕對強制要求在照明應用中改善功率因數，但某些應用可能有此方面的要求。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。

提供高功率因數的NCL30000隔離型LED驅動器方案
要提供高功率因數，同時符合其它應用要求，就有必要使用高功率因數的電路架構。這樣一來，傳統的兩段式架構(PFC升壓+脉波寬度調變(PWM)返馳式轉換)就無法滿足要求了。有利的是，諸如安森美半導體NCL30000功率因數校正可調光LED驅動器採用單段式架構，可以提供達0.9甚至更高的功率因數。此元件採用緊湊的8引腳表面貼裝封裝，使用臨界導電模式(CrM)返馳式架構，以單段式拓撲結構提供大於0.95的高功率因數，省下專門的DC-DC轉換電源段，幫助減少元元件數量，降低系統總成本。

NCL30000採用的恒定導通時間CrM工作特別適合於隔離型返馳式LED應用，因為控制原理簡單，即使在低功率電平時，也能夠提供極高能效。NCL30000工作溫度範圍為-40至+125℃，確保能用於大多數LED一般照明應用中規定的不同環境工作範圍。NCL30000擁有典型值24微安(µA)的低啟動電流及典型值2 mA的低工作電流，配合高能效設計。此元件也整合前沿消隱(LEB)電路，防止故障觸發，還整合強固的故障處理能力。

配合TRIAC調光
除了要提供相關規範標準所要求的高能效及高功率因數，考慮特定的終端應用需求也很重要。如目前最常用的燈光亮度調控方法是三端雙向可控矽開關元件(TRIAC)調光。但TRIAC調光器原本針對電阻型負載的白熾燈(白熾燈在電路中的作用就像是電阻)。因此，LED驅動器相容TRIAC調光器也很重要，這樣有利於用戶沿用已有壁式TRIAC調光器，節省支出。

有利的是，NCL30000相容尾沿電晶體調光器及前沿TRIAC調光器，能夠提供高於0.95的高功率因數，使輸入電流波形看上去像是電阻型負載的波形，而這對相容TRIAC調光器非常重要，因為用示波器截取的波形顯示，優化設計的NCL30000單段式CrM返馳式LED驅動器的基本電流波形與輸入電壓波形保持同相。

應用示例
對於LED照明應用而言，燈泡替代是重要的應用領域，如拋物形滲鋁反射器(PAR)替代(PAR20/30/38)、A型燈替代(如A19)等。但燈泡替代應用存在獨特挑戰，如散熱限制、尺寸受限及相容的調光技術等。安森美半導體相應開發了一些燈泡替代參考設計，介紹如何使用安森美半導體的驅動器方案來應對這些挑戰。

以PAR30燈泡替代應用為例，安森美半導體的應用注釋《11 W TRIAC可調光PAR30 LED燈泡驅動器》(AND8463/D)介紹了如何使用NCL30000單段式功率因數校正隔離型返馳式控制器來設計LED PAR30燈的完整電源轉換方案，用於驅動串聯-並聯配置的3串共24顆LED(每串8顆LED，每串電流150 mA，3串共450 mA)。此參考設計使用市場上購得的LED散熱片和E27 Edison底座，有效處理散熱及尺寸受限問題。此設計的目標輸出功率為11 W，包含115 Vac版本(功率因數高於0.9，輸入電流THD20%)和230 Vac(遵從IEC61000-3-2規範)兩種版本，LED電流穩流精度達±5%，LED電壓範圍21至27 Vdc，能效高於82%，相容TRIAC及電子低壓調光器調光，且遵從FCC B類導電型EMI標準。

PAR30燈泡是特定指向照明的一個示例。現實中也存在許多全向照明應用，如A型燈。LED A型燈以標準A型燈尺寸來替代傳統A型白熾燈，是商業及住宅照明應用的極佳節能替代解決方案，不僅更環保，而且更易於維護和替代。傳統白熾燈存在不同功率等級，如40 W(光輸出約450 lm)或60 W(光輸出約600至800 lm)。如今一流的暖白光LED的光效處在100 lm/W範圍內。考慮到熱效應及光電轉換效率，要提供450 lm光輸出，大約需要5至7顆LED。安森美半導體目前正在開發應用於LED A型燈的NCL30000 TRIAC可調光方案。

總結：
本文圍繞低功率AC-DC LED一般照明應用，著重分析了隔離型LED驅動器的應用設計要求，介紹了安森美半導體相應的單段式隔離型高功率因數LED驅動器方案NCL30000，分析了NCL30000如何配合相關要求，如支持TRIAC調光、提供高能效、恰當散熱及符合相關能效規範標準，並分享了安森美半導體已開發或正在開發的PAR30及A型LED燈泡替代參考設計，幫助設計工程師縮短設計週期，加快產品上市。

供稿：安森美半導體

- 新聞稿有效日期，至2012/07/07為止

上一篇：深迪發佈中國首款消費級商用三軸MEMS陀螺儀
下一篇：資策會「定價策略與技巧實務班」，讓企業避免落入削價競爭的紅海中！