意法半导体(ST)拥有丰富的普通LED照明元器件和开发工具: 架构、产品、评测工具

　　摘要

　　随着普通LED照明市场持续增长，客户对新的智能功能、更高的能源效率和节省资金的要求也随着提高。本文围绕LED家用照明、商用照明和路灯，介绍意法半导体的宽产品线如何满足灯具市场的需求，从系统角度介绍意法半导体的产品线，讨论主要的系统架构及相关产品和评测工具。

　　前言

　　LED普通照明应用市场分析(IHS 2016年3月期的“世界LED照明电源市场”报告)预测，2015-2020年， LED家用照明市场复合年均增长率为25%，商用照明市场(商店和写字楼)29%，路灯16.9%。有两个主要因素拉动市场增长。第一个因素，很多大国开始重视能源问题，并发布了采用高能效光源(LED)淘汰白炽灯的节能法规;第二个因素，在新兴经济体国家，随着城镇化步伐加快，城镇人口急剧增长，这迫使当地政府推广高能效光源，升级改造城镇基础设施。在家用、商用和街道LED照明市场，意法半导体的宽产品线策略十分切合该市场报告的分析预测。

　　意法半导体产品

　　意法半导体LED产品组合很宽，包括专用产品和标准产品，覆盖整个LED普通照明应用。

　　意法半导体的产品、平台和评测板分为家用、商用、路灯用，支持最常用的系统架构/电路，还专门设立了 eDesignSuite部门，为包括LED照明在内的应用市场提供电源管理软件工具。

　　LED家用照明

　　LED家用照明市场对LED光源能效和驱动芯片的要求越来越高，高集成度，高能效，高功率因数(HPF)，长寿命，调光功能，系统成本低，元器件数量少，是家用照明应用市场的主要需求。

　　意法半导体高集成度离线转换器产品线很宽(每款产品都包含一个片上集成控制器和保护电路的功率MOSFET)，最高输出功率15W，击穿电压800 V，能够管理市场上主流驱动拓扑，例如， 降压、升/降压和反激式拓扑。在这些产品中，专用离线LED驱动转换器，例如，HVLED805、HVLED807PF、HVLED815PF，具有高功率因数和一次侧恒流/恒压稳压(PSR-CC/CV)功能，如图1所示，因为电路二次侧无需稳压芯片和光耦，所以系统成本较低。此外，VIPerPlus系列Viper*5、 VIPer*6、VIPer*7、VIPer*8、VIPer0P和VIPer01离线转换器也适合驱动LED。

　　图1 – 具有PSR-CV/CC功能的高功率因数反激式拓扑

　　反激式拓扑的钳位电路推荐使用STRVS*反复过压保护器件和STTH*超高速二极管(600V-1200V产品);STPS*肖特基二极管和FERD*场效应整流管非常适用于输出整流。STRVS*保护芯片的低泄漏电流、输出二极管的低VF/IR比和STTH*的优异的VF/trr比，保证反激式拓扑具有出色的可靠性和能效。

　　通过推出高功率密度(高达61V/3A)的LED5000、LED6000 DC-DC LED驱动转换器(单片集成控制器+ MOSFET)，意法半导体支持用MR16 LED光源替代卤钨灯。

　　意法半导体提供多种LED家用照明系统评测板。一次侧评测板如图2所示。

　　图 2 – 主要家用照明系统评测板

　　LED商用照明

　　商用和建筑照明系统通常需要20W以上的功率，以及高功率因数，高能效，节省成本，有时需要多条灯带，有远程监控功能。

　　在只有一条灯带时，通常使用反激式拓扑。意法半导体的新产品HVLED003D (2016年第四季度上市)是一款离线反激式LED驱动控制器，一次侧恒流稳压(PSR-CC)模式，内置调光功能(0-10, PWM和可控硅)，可直接驱动单灯带，无需光耦和二次侧控制器。主要开关管推荐MDmesh™ K5功率MOSFET系列，我们发现 800-900-950Vbr产品(ST*N80K5、ST*N90K5和ST*N95K5 pn)特别适合这种拓扑。MDmesh™ K5系列适用于硬开关拓扑，具有低Rdson导通电阻、低Qg栅电荷和低电容的特点。

　　关于钳位网络，我们推荐使用前面家用照明部分讨论的钳位电路器件。STPS*肖特基二极管、FERD*场效应整流管和超高速二极管系列(大于等于200V的STTH*产品)最适合输出整流电路。

　　多灯带电源架构由主电源(通常是反激式拓扑)和多灯带管理电路组成，主电源提供恒定的DC总线电压。架构如图3所示。

　　图3 – LED多灯带电源架构

　　意法半导体的离线LED控制器HVLED001/A内置一次侧恒压稳压(PSR-CV)电路和调光功能(0-10, PWM)，适用于反激式拓扑。PSR-CV模式意味着电路不需要光耦和二次侧控制器。该反激式拓扑使用前文单灯带所用的功率MOSFET、输出二极管和钳位网络。多灯带管理分为模拟控制和数字控制两种方法:

　　ü 高功率密度(最高61V/3A) 的DC-DC LED驱动降压转换器(单片集成控制器 + MOSFET) LED2000、LED2001、LED5000和LED6000(图4)适用于模拟管理方法。

　　图4 – 基于转换器的模拟式LED多灯带管理方法

　　还可以使用新的基于固定关断时间(FOT)算法的HVLED0002电流式LED控制方法实现反向降压拓扑(图5);在这个拓扑内，60V - 100V低压STripFET F7功率MOSFET系列(推荐ST*N6F7和ST*N10F7)确保所有的解决方案都高效可靠。STripFET F7系列产品具有极低的Rdson导通电阻、优化的体二极管(低Qrr)、优化的本征电容和合理的Crss/Css比。

　　图5 – 基于控制器的模拟式LED多灯带管理方法