【導讀】隨著LED的應用越來越廣泛，LED照明的類型也多種多樣，不同的驅動電源或者不同的功率等級，都將導致所需要的LED照明方案各不相同，因此，本文針對不同類型的LED照明應用給出了對應的解決方案，希望對大家在LED照明設計中有所幫助。
隨著LED技術的發展，LED的應用已經從傳統的小功率便攜產品背光拓展至中大功率的室內照明、室外照明及手電筒等應用。根據驅動電源的不同，LED照明通常可以劃分為交流-直流(AC-DC)LED照明、直流-直流(DC-DC)LED照明電源以及電池供電的LED手電筒等不同類型，LED燈具及其功率也各不相同，如3WPAR16、3×2WPAR20、10W/15WPAR30、15W/22WPAR38、1WG13、3WGU10、1WMR11、3WMR16、3W/9W/15W嵌燈、1W-3W閱讀燈等。
AC-DC LED照明解決方案
安森美半導體在AC-DC電源供電的LED照明應用中，提供各種離線控制器及功率因數校正(PFC)控制器，并配合隔離及非隔離要求提供不同的LED應用方案。在交流線路電壓與LED之間沒有物理電氣連接的隔離應用中，常見的拓撲結構有反激(Flyback)及雙電感加單電容(LLC)半橋諧振。不同拓撲結構適合于不同的功率范圍或是用于滿足特別的設計要求。例如，反激拓撲結構是小于100W的中低功率應用的標準選擇，而LLC半橋拓撲結構是大功率和高能效的首選方案。
AC-DC LED照明應用中，小功率的LED應用通常以恒流(CC)來驅動，而恒壓(CV)功能是在輸出開路的情況下作為保護功能。大功率的LED應用可能需要在電路中增加功率因數校正(PFC)，其中的AC-DC轉換與LED驅動兩部分電路既可能采用整體式(integral)配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內，也可以采用分布式(distributed)配置，如圖2，從而簡化安全考慮，并增加系統靈活性。
圖2：大功率LED驅動的分布式(distributed)配置結構
從應用的具體功率范圍來看，AC-DC LED照明的電源方案應用主要包括：
●1W-8W：G13/GU10/PAR16/PAR20照明
●8W-25W：PAR30/PAR38照明
●50W-300W：區域照明
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1).1W-8W AC-DC LED照明應用
這類應用要求的輸入電壓為90至264Vac，能效達80%，同時提供短路保護、過壓保護等保護特性，并提供350mA、700mA恒流，應用領域包括G13、GU10、PAR16、PAR20及嵌燈(downlight)等。
這類應用中可以采用安森美半導體的NCP1015自供電單片開關穩壓器。這顆器件集成了固定頻率(65/100/130kHz)電流模式控制器和700V的高壓MOSFET，提供構建強固的低成本電源所需的全部特性，如軟啟動、頻率抖動、短路保護、跳周期、最大峰值電流設定點及動態自供電功能(無需輔助繞組)等。圖3顯示的是NCP1015在隔離型1W-8W范圍AC-DC LED照明應用的電路示意圖。值得一提的是，NCP1015同樣可用于非隔離型(電路中不含高頻變壓器)1W-8W范圍的AC-DC LED照明應用，電路中可以采用抽頭(tapped)電感來提高MOSFET工作的占空比，并改善系統能效及電路性能。
圖3：安森美半導體8WLED驅動應用電路示電圖(輸入電壓為85至264Vac)
2).8W-25W AC-DC LED照明應用
美國能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR?)固態照明(SSL)規范中規定任何功率等級皆須強制提供功率因數校正(PFC)。這標準適用于一系列特定產品，如嵌燈、櫥柜燈及臺燈，其中，住宅應用的LED驅動器功率因數須大于0.7，而商業應用中則須大于0.9。但這項標準屬于自愿性標準，即可以選擇不遵從或是遵從。
相應地，在8W-25W AC-DC LED照明應用中，我們考慮兩種情況，一種是應用沒有功率因數要求，即不需采用PFC控制器，另一種是要求采用PFC控制器。在不需要PFC的應用中，我們假定輸入電壓規格為90~132Vac或180~264Vac(或通用輸入)，能效達85%，提供短路保護及開路保護等保護特性，輸出電流為350mA、700mA及1A恒流，相應地可以采用安森美半導體的NCP1028或NCP1351。其中，NCP1028是一款增強型單片開關穩壓器，適用于在通用主電源輸入的應用中提供數瓦至15W的輸出功率。NCP1028的導通阻抗比NCP101x更低，提供800mA峰值電流，具備NCP101x的諸多特性，此外還提供過功率保護、內置斜坡補償及輸入欠壓保護等特性。NCP1351則是一款固定導通時間、可變關閉時間脈寬調制(PWM)控制器，適用于成本至關重要的低功率離線反激開關電源應用。這顆器件支持頻率反走，還具有閂鎖輸入、自然的頻率抖動、負電流感測及擴展的電源電壓范圍等特性。圖4顯示的是90至264Vac輸入條件下基于NCP1351的8W-25W LED照明方案。
需要PFC的8W-25W AC-DC LED照明應用中，假定輸入電壓規格為90至264Vac，功率因數高于0.9，能效達80%，提供短路及過功率保護，輸出電流同樣有350mA、700mA和1A等不同選擇。在這類應用中，可以采用安森美半導體的NCP1607或NCP1608PFC控制器。NCP1607是一款高性價比的臨界導電模式(CrM)PFC控制器。這顆器件與業界標準引腳完全兼容，簡化工程師的設計。可調節的過壓保護(OVP)及環路開路保護等功能也增強了設計靈活性及強固性。圖5展示的是NCP1607/NCP1608在85至135Vac或185至264Vac輸入條件下的LED照明應用方案。
3).功率高于50W的AC-DC LED照明應用
在功率50W到300W的AC-DC LED應用廣泛用于街道照明及大功率區域照明應用中，可以采用不同的LED驅動方案，假定其輸入電壓規格為90至264Vac，功率因數高于0.95，能效達90%。
此類應用可以采用下述不同方案，適合不同應用要求：
●NCP1652：改進型單段式PFC
●NCP1607/8+NCP1377：臨界導電模式PFC+準諧振電流模式PWM
●NCP1607/8+NCP1396：臨界導電模式PFC+半橋諧振LLC
●NCP1901：最新型兩段式(PFC+更高效率半橋諧振LLC)
例如，在50W-150W的AC-DC LED應用中，既可以采用NCP1652這樣的改進型單段式PFC控制器，也可以結合采用NCP1607/8PFC控制器及NCP1377準諧振(QR)模式PWM控制器。其中，NCP1377結合了真正的電流模式調制器和退磁檢測器，確保任何負載/線路條件下提供完整的CrM工作，并確保最低的漏電壓開關(準諧振工作)。NCP1652驅動帶有可編程死區時間的信號，支持有源鉗位或同步整流，提供優化的能效。這顆器件還具有輸入欠壓保護、過壓保護、過流保護等保護特性，支持頻率抖動、跳周期及臨界導電模式(CrM)/不連續導電模式(DCM)工作。基于NCP1652、采用85至135Vac或185至264Vac輸入的50W-150W AC-DC LED方案的示意圖如圖6所示。
50W以上功率的AC-DC LED照明應用如果需要更高能效的LED電源，則需要高能效的LED照明拓撲結構，往往從反激式拓撲結構轉向諧振半橋拓撲結構，以充分發揮零電壓開關(ZVS)技術的優勢。NCP1396及NCP1901均是安森美半導體開發的LED電源用高能效半橋諧振方案。圖7顯示的是基于NCP1901的最新型PFC+諧振半橋LED驅動器方案，輸入電壓為90至264Vac，功率100W至300W，其中半橋段工作在固定頻率以及固定占空比，用于降低開關損耗。
DC-DC LED照明方案
采用DC-DC電源供電的LED照明應用中，常見具體應用包括1W-3WMR11/MR16降壓LED燈泡、1W-20W升壓LED驅動器和20W-60W大功率LED驅動器。
其中，在1W-3W DC-DC LED照明應用中，可以采用安森美半導體的CAT4201降壓LED驅動器，這顆器件兼容于12V及24V系統，提供達350mA的LED驅動電流，能夠在24V系統中驅動7個串聯的LED，能效高達94%。這顆器件采用有專利的開關控制架構，幫助降低系統成本，支持CrM工作并提升能效。CAT4201還提供限流、熱保護及LED開路保護等全面的保護特性。這顆器件在1W-3W DC-DC LED應用中的電路示意圖如圖8所示。
而在功率范圍達1W-20W的DC-DC升壓LED應用中，可以采用安森美半導體的NCP3065/6或NCV3065/6(汽車應用版本)降壓、升壓、單端初級電感轉換器(SEPIC)及逆變多模LED驅動器，并選擇其中的升壓電路模式。另外，功率范圍達20W-60W的DC-DC降壓LED應用中可以采用安森美半導體的NCP1034同步降壓PWM控制器。
LED手電筒驅動方案
手電筒DC-DC LED照明方案包括升壓型及降壓型兩種。1W-3W的升壓型DC-DC LED手電筒應用中可以采用帶真關閉功能的NCP1421升壓DC-DC轉換器，而1W-3W的降壓LED手電筒應用中可以采用NCP1529低壓降壓轉換器，二者的應用示意圖見圖9。
總結
安森美半導體是全球領先的高性能、高能效硅方案供應商，提供涵蓋1至數百瓦功率范圍的LED照明驅動及PFC解決方案。無論是采用AC-DC電源、DC-DC電源或是LED手電筒所采用的電池的LED照明驅動器，安森美半導體都能提供給客戶對低成本、高性價比、高能效或是選擇是否需要PFC的不同要求的LED照明驅動器方案。
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