LED照明设计基础知识分享

图5：有源PFC的应用电路示意图

PFC技术包括无源PFC及有源PFC两种。无源PFC方案的体积较大，需要增加额外的元件来更好地改变电流波形，能够达到约0.8或更高的功率因数。其中，在小于5 W至40 W的较低功率应用中，几乎是标准选择的反激式拓扑结构只需要采用无源元件及稍作电路改动，即可实现高于0.7的功率因数。有源PFC(见图6)通常是作为一个专门的电源转换段增加到电路中来改变输入电流波形。有源PFC通常提供升压，交流100至277 Vac的宽输入范围下，PFC输出电压范围达直流450至480 Vdc。如果恰当地设计PFC段，可以提供91%到95%的高能效。但增加了有源PFC，仍然需要专门的DC-DC转换来提供电流稳流。

四、能效问题

LED照明应用的能效需要结合功率输出来考虑。美国“能源之星”固态照明规范规定了照明器具级的能效，但并不涉及单独LED驱动器的能效要求。如前所述，采用AC-DC电源的LED应用可以采用两段式分布拓扑结构，故可能采用外部AC-DC适配器供电。而“能源之星”的确包含有关单输出外部电源的规范，其2.0版外部电源规范于2008年11月开始生效，要求标准工作模式下最低能效达87%，而低压工作模式下最低能效达86%;在此规范中，功率大于100 W时才要求PFC。

图6：美国能源部2008年秋季提出的LED照明灯具能效研发目标

而在采用AC-DC电源的LED应用中，要提供更高的AC-DC转换能效，就涉及到成本、尺寸、性能规范及能效等因素之间的折衷问题。例如，若使用更高质量的元件、更低导通阻抗(RDSon)，就可降低损耗及改善能效;降低开关频率一般会改善能效，但却会增加系统尺寸。诸如谐振这样新的拓扑结构提供更高能效，却也增加设计及元件的复杂度。如果我们将设计限定在较窄的功率及电压范围，则可以帮助优化能效。

五、驱动器标准

LED驱动器本身也在不断演进，着重于进一步提高能效、增加功能及功率密度。美国“能源之星”的固态照明规范提出的是照明器具级的能效限制，涉及包括功率因数在内的特定产品要求。而欧盟的IEC 61347-2-13 (5/2006)标准针对采用直流或交流供电的LED模块的要求包括：

最大安全特低电压(SELV)工作输出电压≤25 Vrms (35.3 Vdc)

不同故障条件下“恰当”/安全的工作

故障时不冒烟或易燃

此外，ANSI C82.xxx LED驱动器规范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵从UL、CSA等标准，如UL1310 (Class 2)、UL 60950、UL1012。

此外，LED照明设计还涉及到产品寿命周期及可靠性问题。

总结：

本文分享了安森美半导体产品应用专家Bernie Weir先生的一些重要的LED照明设计基础知识，如驱动器的通用要求、驱动器电源的拓扑结构、功率因数校正、电源转换能效及驱动器需要遵从的标准等问题，帮助工程师更好地从事LED照明设计。安森美半导体身为全球领先的高性能、高能效硅解决方案供应商，针对不同LED照明应用，不论其采用何种电源供电，均提供应用所需的高性能电源转换、功率因数校正及驱动解决方案，辅以高质量的服务及支援，帮助客户在市场竞争中占据先机。