改善LED驅(qū)動電路功率因數(shù)改善以及介紹NCP1014解決方案

設(shè)定輸出電流Iout=630 mA則要求感測電阻RSENSE=0.85 Ω。感測電阻由4顆并聯(lián)的元件R6、R7、R8和R9組成，選擇R6和R7的阻值為1.8 Ω，選擇R8的阻值為10 Ω，而讓R9開路，從而產(chǎn)生約0.83 Ω的總感測電阻。

6) 功率因數(shù)控制

在本電路中維持高功率因數(shù)有賴于緩慢的反饋響應(yīng)時(shí)間，僅支持給定輸入電源半周期內(nèi)反饋電平略微改變。對于這種電流模式的控制器件而言，最大峰值電流在半周期內(nèi)幾乎保持恒定。與傳統(tǒng)反饋系統(tǒng)相比，這就改善了功率因數(shù)。電容C6提供慢速的環(huán)路響應(yīng)，抑制NCP1014的內(nèi)部18 kΩ上拉電阻及從反饋光耦合器晶體管消耗的電流。從經(jīng)驗(yàn)來看，電容C6確定在22 μF至47 μF的范圍之間。

7) 變壓器

本LED驅(qū)動器要求的最低輸入電壓為90 Vac，相應(yīng)的峰值為126 Vac，在輸出功率Po=8 W、效率(η)=0.75及Vin=126 V的條件下，計(jì)算出的峰值電流Ipk=0.339 A。再使用100 kHz的開關(guān)頻率(fSW)值，計(jì)算出初級電感(Ip)=1858 μH。

這個功率等級適合選擇窗口面積(Ac)為0.2 cm2的E16磁芯。最大磁通密度設(shè)定為3 kG，可以計(jì)算出的初級匝數(shù)為105匝(T)。輸出電壓限制為22 V，用于開路事件下的保護(hù)。為了提供一些輸出電壓余量及降低占空比，輸出電壓值增加50%，達(dá)到33 V。次級最小匝數(shù)(Ns)將是約20匝。

NCP1014需要最低8.1 V的電壓，使轉(zhuǎn)換器工作時(shí)DSS功能免于激活。最低LED電壓設(shè)計(jì)為12.5 V，初級偏置繞組匝數(shù)(Nb)為約13匝。

8) 開路保護(hù)

齊納二極管提供開路保護(hù)。開路電壓由二極管D8電壓、電阻R4壓降及光耦合器LED電壓之和確定。所選擇的齊納二極管D8的額定電壓為18 V。

9) 泄漏電阻器及濾波器

電阻R10及電容C10提供小型的放電通道，并為輸出濾波。

10) 模擬調(diào)光

本參考設(shè)計(jì)包含一個可選的控制部分，這部分電路以模擬電流調(diào)節(jié)來調(diào)光。出于這個目的，可以增加電阻R12、R14、R15、二極管D9、晶體管Q2等元器件從及接往電位計(jì)R13的連接。本設(shè)計(jì)所選擇的電阻R12的阻值為1 kΩ，調(diào)光電位計(jì)R13為10 kΩ，R14為820 Ω，R15為1 kΩ。

11) 電容壽命

LED照明的其中一項(xiàng)考慮因素是驅(qū)動器與LED應(yīng)當(dāng)具有相當(dāng)?shù)墓ぷ鲏勖?。雖然影響電源可靠性的因素眾多，但電解電容對任何電子電路的整體可靠性至關(guān)重要。有必要分析本應(yīng)用中的電容，并選擇恰當(dāng)電解電容，從而提供較長的工作壽命。電解電容的可用壽命在很大程度上受環(huán)境溫度及內(nèi)部溫升影響。本參考設(shè)計(jì)選擇的電容是松下的ECA-1EM102，額定值為1000 μF、25 V、850 mA、2,000小時(shí)及85℃。在假定50℃環(huán)境溫度條件下，這電容的可用壽命超過12萬小時(shí)。

測試結(jié)果

相關(guān)測試數(shù)據(jù)是NCP1014LEDGTGEVB評估板在負(fù)載為4顆LED、工作電流約為630 mA條件下測得的，除非另行有申明。圖3及圖4是不同條件下的能效測量數(shù)據(jù)。圖5顯示的是不同線路電壓條件下的功率因數(shù)。需要指出的是，輸入電壓在90 Vac至135 Vac范圍內(nèi)時(shí)，功率因數(shù)高于0.8，遠(yuǎn)高于“能源之星”的LED住宅照明應(yīng)用功率因數(shù)要求。

圖3：Vin=115 Vac、不同輸出負(fù)載時(shí)的能效

圖4：Pout=8.5 W、不同線路電壓時(shí)的能效

圖5：不同線路電壓時(shí)的功率因數(shù)。

總結(jié)：

“能源之星”標(biāo)準(zhǔn)為固態(tài)照明提供了量化要求，使LED驅(qū)動器面臨一些新的要求，如功率因數(shù)校正。這就要求新穎的解決方案來滿足這些要求，同時(shí)還不會增加電路復(fù)雜性及成本。本文結(jié)合優(yōu)化的NCP1014LEDGTGEVB評估板，介紹了安森美半導(dǎo)體的離線型8 W LED驅(qū)動器參考設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)背景、解決方案及設(shè)計(jì)過程，并分享了相關(guān)能效及功率因數(shù)測試結(jié)果，顯示這參考設(shè)計(jì)提供較高的能效，符合“能源之星”固態(tài)照明標(biāo)準(zhǔn)的功率因數(shù)要求，非常適合這類低功率LED照明應(yīng)用。