应对更高功率因子及TRIAC调光挑战的方案

　　要针对低功率LED照明应用提供高于0.9的功率因子及低总谐波失真，以适合商业应用要求，就有必要使用新的拓扑结构。在这种情况下，传统的两段式拓扑结构(PFC升压+反激转换)就无法满足要求了。相应的，我们可以使用基于安森美半导体NCL30000临界导电模式(CrM)反激控制器的单段式CrM反激拓扑结构。单段式拓扑结构省下专用的PFC升压段，帮助减少元件数量，降低系统总成本，并提供高功率因子。图4显示的是安森美半导体基于NCL30000的单段式高功率因子反激拓扑结构的简化功能框图。

基于NCL30000的单段式CrM反激LED驱动器GreenPoint®参考设计简化框图

　　值得一提的是，与前述针对住宅应用使用开关稳压器(内置FET等旁路元件)的方案不同，我们在针对商业照明的应用中使用的是宽动态范围的精确导通时间控制器方案NCL30000。设计中采用控制器(外置FET等旁路元件)方案的原因包括易于在能效和成本之间实现折衷、能以单颗控制器支持宽功率范围(5到30 W)、及便于优化散热及灵活布线等。基于NCL3000构建的90到305 Vac EFD25演示板(Vout = 12 LED, 37 Vdc)测试显示，功率因子远高于0.9，部分输入电压条件下功率因子甚至高于0.95(见图5)，能效也极高(参见参考资料2)。

基于NCL30000的演示板PF及THD测试结果

　　此外，TRIAC调光器应用广泛，故LED驱动方案的一项挑战就是相容TRIAC调光这样的已有调光技术，因为TRIAC调光器设计针对的是电阻型负载的白炽灯泡(功率因子约为1)，。有利的是，基于NCL30000的设计提供极高的功率因子，轻松符合商业应用的功率因子要求。且用示波器截取的波形显示，优化设计的NCL30000单段式CrM反激电源的基本电流波形与输入电压波形保持同相，输入电流波形看上去像是电阻型负载的波形，能够相容TRIAC调光。

　　为了支援客户在低功率LED商业照明应用中应用NCL30000 PFC控制器，安森美半导体提供设计目标功率低于18 W、旨在以350 mA电流驱动4到15颗LED的三款NCL30000评估演示电路板，分别是NCL30000LED1GEVB(输入电压90至135 Vac，TRIAC可调光)、NCL30000LED2GEVB(输入电压180至265 Vac，TRIAC可调光)及NCL30000LED3GEVB (输入电压90至305 Vac)。当然，客户可能需要支援更大功率及更大电流的选择。这时候就需要优化变压器及输出整流器和电容等关键元件，并将输出绕组由串联改为并联方式。而且有利的是，NCL30000作为控制器方案，支持宽功率范围。

　　后续方案展望

　　LED在一般照明中替代白炽灯泡的应用前景极为广阔，但仍有不少挑战有待解决。A型灯、E26、E27等传统白炽灯包含不同功率等级，如40 W白炽灯一般提供约450流明(lm)的光输出。如今一流暖白光LED的光效约为100 lm/W，考虑到热效应及光电转换效率问题，要提供450 lm光输出，大约需要5到7颗LED，而将这些LED装配在灯泡内存在着空间及性能方面的挑战。有利的是，安森美半导体正在开发相应的LED驱动器方案。

　　此外，在上述方案中，NCL30000用于隔离型高功率因子拓扑结构。实际上，此元件也可配置为非隔离型降压或降压-升压拓扑结构。

　　总结：

　　为低功率LED一般照明应用选择适合的驱动器方案需要顾及跟应用相关的多种因素，如空间、能效、环境条件及相容的调光技术等。本文以安森美半导体的NCP1014单片开关稳压器及NCL30000功率因子校正TRIAC可调光LED驱动器为例，重点探讨如何应对低功率住宅及商业LED照明应用针对功率因子要求等方面的挑战，分享了这些方案的相关能效测试结果，显示它们非常适合用于设计满足“能源之星”等相关规范标准功率因子要求的低功率照明应用。这两款产品仅是安森美半导体宽范围LED驱动器方案的少数示例，客户利用这些高能效、高性能LED驱动器方案，辅以安森美半导体提供的GreenPoint®网上设计模拟工具，能够缩短设计周期，加快产品上市。

　　参考资料：

　　1、《改善“能源之星”住宅照明灯具隔离反激电源转换器功率因子》设计注释，安森美半导体，www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/DN06051−D.PDF

　　2、《离线高功率因子TRIAC调光LED驱动器GreenPoint®参考设计》，安森美半导体，

　　www.onsemi.com/pub/Collateral/TND398-D.PDF

　　3、《配置NCL30000用于TRIAC调光》，安森美半导体，www.onsemi.com/pub/Collateral/AND8448-D.PDF

　　4、《NCL30000单段CrM反激LED驱动器电源段设计指引》，安森美半导体

　　5、“能源之星”1.1版固态照明要求，www.energystar.gov/index.cfm?c=new_specs.ssl_luminaires