基于LED通用照明的AC-DC电源设计

概述：
LED通用照明设计工程师会遇到许多挑战，如功率密度、功率因数校 正(PFC)、空间受限和可靠性等。这些LED照明设计挑战和电源设计挑战类似，具体讲，LED通用照明有以下几个挑战：由于总光效要求及散热限制的影 响，即使是低功率应用能效也很重要;在许多情况下，较低功率也要求功率因数校正和谐波处理;在空间受限应用中，特别是替代灯泡应用时，对驱动功率密度的要 求很高;总体电源可靠性对提高整个灯的寿命非常重要;宽输入电源电压范围应该支持高达277 Vac;兼容TRIAC调光等传统特定照明要求。
本文主要介绍用于LED照明的AC-DC电源设计方案及相关电路，帮助工程师应对上述挑战，设计出满足通用照明要求的产品。下面我们先来了解AC-DC电源转换拓扑结构。

AC-DC电源转换拓扑结构比较
对于低功率AC-DC LED 电源转换而言，可以选择隔离型反激或非隔离降压等不同拓扑结构。所谓“隔离”,是指输入与输出之间采用变压器等进行电气隔离。这两种拓扑结构各有其特点。 相比较而言，非隔离拓扑结构设计及电路板配置简单、电路板尺寸小、元件数量少、能效更高，而隔离拓扑结构易于满足安规要求，但磁学设计复杂，要求较大的电 路板尺寸。本文将聚集于隔离型拓扑结构的AC-DC LED驱动器方案。

LED驱动器应用要求
对于LED通用照明应用而言，目前成本还相对较高，故高性比的LED驱动器无疑会更受青睐。此外，LED驱动器也应该具有高能效(低损耗)、高可靠 性、符合电磁干扰(EMI) 及谐波含量或功率因数(PF)等标准、灵活、适应宽环境条件、可改造用于已有应用、支持传统控制方式工作(兼容传统调光)等。
其中，就功率因数要求而言，美国“能源之星”项目固态照明标准中对PFC带有强制性要求(而无论是何种功率等级)，适用于特定产品，如嵌灯、橱柜灯 及台灯等。该标准针对住宅应用部分要求功率因数高于0.7,针对商业应用部分要求功率因数高于0.9,而整体式LED灯泡的要求是输入功率高于5 W的灯泡功率因数大于0.7.当然，并非所有国家都绝对强制要求在照明应用中改善功率因数，但某些应用可能有这方面的要求。例如，公用事业机构可能大力推 动拥有高功率因数的产品在公用设施中的商业应用。
提供高功率因数的NCL30000隔离型LED驱动器方案
要提供高功率因数，同时符合其它应用要求，就有必要使用高功率因数的电路架构。这样一来，传统的两段式架构(PFC升压+脉宽调制(PWM)反激转 换)就无法满足要求了。有利的是，诸如安森美半导体NCL30000功率因数校正可调光LED驱动器采用单段式架构(见图1)，可以提供达0.9甚至更高 的功率因数。这器件采用紧凑的8引脚表面贴装封装，使用临界导电模式(CrM)反激架构，以单段式拓扑结构提供大于0.95的高功率因数，省下专门的 DC-DC转换电源段，帮助减少元器件数量，降低系统总成本。



图1 传统两段式架构与改进的单段式架构对比