低功率LED通用照明设计挑战暨安森美半导体高能效方案

　　实际上，高功率因数通常需要正弦线路电流，且要求线路电流及电流之间的相位差极小。修改传统设计的第一步就是在开关段前获得极低电容，从而支持更贴近正弦波形的输入电流。这使整流电压跟随线路电压，产生更合意的正弦输入电流，反激转换器的输入电压就以线路频率的2倍跟随整流正弦电压波形。如果输入电流保持在相同波形，功率因数就高。安森美半导体的NCP1014自供电单片开关稳压器采用固定频率工作，电流不能上升到高于某个特定点;这个点由输入电压及开关周期或导电时间结束前的初级电感来确定。由于导电时间的限制，输入电流将跟随输入电压的波形，从而提供更高的功率因数。

　　应对更高功率因数及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的功率因数及低总谐波失真，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，帮助减少元器件数量，降低系统总成本，并提供高功率因数。图4显示的是安森美半导体基于NCL30000的单段式高功率因数反激拓扑结构的简化功能框图。

　　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，功率因数远高于0.9，部分输入电压条件下功率因数甚至高于0.95(见图5)，能效也极高(参见参考资料2)。 图5：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兼容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(功率因数约为1)，。有利的是，基于NCL30000的设计提供极高的功率因数，轻松符合商业应用的功率因数要求。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象是电阻型负载的波形，能够兼容TRIAC调光。

　　为了支持客户在低功率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，客户可能需要支持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器件，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。