設計步驟：

• 參照代用標準確立最大負載設計目標
• 兼容已有線路調光和最大啟動時間設定
• 采用單段式方案提供高功率因數
• 測試性能符合設計目標

• 基於NCL30000的單段式CrM TRIAC調光LED驅動器完成設計指標

為了促進節能，世界各地的政府機構或規範組織製定了不同LED照明規範
，主要體現在對功率因數(PF)的要求方麵。如歐盟的國際電工聯盟(IEC)規定了功率大於25 W照明應用的總諧波失真性能，某些地區的其它國際標準也適用這規定。

另外，美國能源部製定及發布了針對固態照明燈具的“能源之星”標準。這項自願性標準包含針對常見住宅和商業照明燈具(如嵌燈
、櫥櫃燈和台燈)的係列要求，涵蓋最低流明輸出、總體光效
、可靠性目標、guangsewenjiyixilieqitaguanjianxitongjiyaoqiu。zhidezhuyideshi，zhegebiaozhunzhongbingbuzhijiebaohandianyuannengxiaoyaoqiu，danbaohangonglvyinshuyaoqiu，jibulunshihezhonggonglvdengji
，zhuzhaiyingyongyaoqiudePF大於0.7
，商業應用要求的PF大於0.9，而集成LED燈光的要求是PF大於0.7。

當dang然ran
，並bing非fei所suo有you國guo家jia都dou絕jue對dui強qiang製zhi要yao求qiu在zai照zhao明ming應ying用yong中zhong改gai善shan功gong率lv因yin數shu，但dan某mou些xie應ying用yong可ke能neng有you這zhe方fang麵mian的de要yao求qiu。例li如ru，公gong用yong事shi業ye機ji構gou可ke能neng大da力li推tui動dong擁yong有you高gao功gong率lv因yin數shu的de產chan品pin在zai公gong用yong設she施shi中zhong的de商shang業ye應ying用yong。此ci外wai
，公gong用yong事shi業ye機ji構gou擁yong有you/維護街燈時，他們可以根據自己的意願，來決定是否要求產品擁有高功率因數(通常大於0.95+)。

1)參照代用標準確立最大負載設計目標

以“能源之星”的固態照明燈具標準為例，這標準包含決定燈具光效的總體性要求
；實際上，這標準是一個係統級標準，涉及所選LED、現場工作溫度、光學組件、驅動器電源轉換能效等。燈具開發人員因而可以在LED的選擇
、光學組件的使用
、熱管理方案、驅動器拓撲結構及設計方麵折衷取舍
，從而符合整體要求。下表列舉了“能源之星”1.1版住宅及商業應用固態照明規範1.1版對嵌燈的關鍵係統要求。

 
表1：“能源之星”1.1版住宅及商業固態照明規範之嵌燈關鍵要求

最常見的嵌燈是較大孔徑類嵌燈。對於住宅及商業應用而言，除了功率因數方麵的差別，設計人員能夠靈活地使用中性及暖白光LED。從表1中的最低要求可以看出
，要獲得575流明的最低輸出
，最大輸入功率閾值約為16.4 W。

由於沒有直接適用的LED驅動器能效標準，可考慮將“能源之星”2.0版外部電源(EPS)標準作為代用標準。根據EPS 2.0標準，額定功率在1到49 W之間的標準電源的最低能效要求為0.0626×ln(Pno)+0.622。因此，符合這標準的12 W額定功率電源的最低能效為77.7%
，15 W電源則為79.1%。由於LED燈具標準基於輸入插座能效，有必要將驅動器能效目標轉換為有效的LED負載。為了增加一些設計裕量，我們將最低目標能效定為80%。這樣一來
，LED負載就為16.4 W×80%

，即13.1 W。

這樣，我們就確定了最大負載設計目標。LED光效受製於LED製造商以及驅動電流和工作溫度。安森美半導體這GreenPoint®參考設計選擇的是350 mA的恒定電流
，支持市場上大多數高亮度功率LED。另一個要顧及的因素是燈具開發人員可以選擇寬範圍的LED，所選LED的光效越高，要求采用的LED數量就越少。因此，這GreenPoint®參考設計在50%至100%額定負載時的能效應當較高。隨著LED光效的提升，可以輕易修改同一個基本電源設計來驅動更少的LED
，從而提供遠高於最低要求的燈具光效。

2)其它設計要求

quedinglejibenshejiyaoqiu
，jiuxuyaokaolvyuzhongduanyingyongxuqiuyouguandeqitaxitongyinsu。liru，suiranbiaozhunzhongbingwuyaoqiu
，danjianrongyiyouxianlutiaoguangfanganhenzhongyao。yinci，yingdangzhenduisanduanshuangxiangkekongguikaiguanqijian(TRIAC)壁式調光器來優化設計。TRIAC調光的挑戰不少，但有一項因素設計人員可能容易忽略
，就是驅動器應當能夠能在低斬波(chopped)交流輸入波形條件下啟動及工作。而且，驅動電源的尺寸應當匹配嵌燈燈具接線盒。還應該注意一項人的因素要求。雖然LED實際上在瞬間之間就發光，但驅動器的設計要留出特定的啟動時間。不管是什麼LED燈具，這方麵的表現都應該不比CFL差
，甚至應該更好。所以
，我們可以把CFL作為參照基準。“能源之星”CFL燈泡要求中，額定條件下最大啟動時間為1秒，因此，我們將就LED驅動器在啟動時間方麵的設計目標定在0.5秒。由於這個設計麵向住宅或商業應用，因此我們定下的規格目標更具挑戰性。表2總結了本GreenPoint®參考設計關鍵的設計目標。

 
表2：關鍵設計目標

3)設計途徑：采用單段式方案提供高功率因數

要實現高功率因數
、電源能效目標及緊湊的尺寸
，有必要使用高功率因數的單段式拓撲結構。由於功率目標較低，傳統的兩段式拓撲結構(PFC升壓+反激轉換)就無法滿足要求了。因此
，我們使用了基於安森美半導體NCL30000臨界導電模式(CrM)反激控製器的CrM反激拓撲結構。

單段式拓撲結構省下專用的PFC升(sheng)壓(ya)段(duan)

，幫(bang)助(zhu)減(jian)少(shao)元(yuan)器(qi)件(jian)數(shu)量(liang)，降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)總(zong)成(cheng)本(ben)。但(dan)采(cai)用(yong)單(dan)段(duan)式(shi)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)，係(xi)統(tong)也(ye)會(hui)受(shou)到(dao)一(yi)些(xie)影(ying)響(xiang)，如(ru)無(wu)初(chu)級(ji)高(gao)壓(ya)能(neng)量(liang)存(cun)儲(chu)，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)保(bao)持(chi)時(shi)間(jian)較(jiao)短(duan)。另(ling)外(wai)，輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)較(jiao)高(gao)
，必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)更(geng)多(duo)的(de)低(di)壓(ya)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)來(lai)滿(man)足(zu)維(wei)持(chi)要(yao)求(qiu)，及(ji)對(dui)動(dong)態(tai)負(fu)載(zai)反(fan)應(ying)較(jiao)慢(man)等(deng)。有(you)利(li)的(de)是(shi)
，這(zhe)對(dui)眾(zhong)多(duo)LED照明應用而言不構成問題，因為LED照明應用無係統維持時間要求，而且紋波彙入平均光輸出
，人眼不會察覺。

設計針對高功率因數(PF>0.95)有利於輕鬆符合SSL燈具的商用照明要求
，並使輸入電流波形看上去象是電阻型載的波形。這對兼容TRIAC調光非常重要
，因為TRIAC調光器原本用於白熾燈，而白熾燈在電路中的作用就象是電阻，即充當電阻型負載。用示波器截取的波形顯示，優化設計的單段式CrM反激電源的基本電流波形與輸入電壓波形保持同相。

圖1顯示的是安森美半導體基於NCL30000的單段式高功率因數反激拓撲結構的簡化功能框圖。從圖1中可以看出，隔離反激的次級端有恒流恒壓(CCCV)控製模塊。這模塊有兩個主要功能，一是緊密穩流350 mA的恒定電流
，並為初級端提供反饋，用於調節導通時間
，對流經LED的恒定電流進行穩流
；二是在發生開路事件時
，進入恒壓控製模式，在故障事件下產生穩壓固定電壓。開路電壓穩壓為UL1310 2類電源的60 Vdc最大電壓限製。此外，無意中碰到輸出短路時


，還能限製功率，避免損壞LED。

 
圖1：基於NCL30000的單段式CrM反激LED驅動器GreenPoint®參考設計簡化框圖

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4)測試結果

測試結果顯示，這參考設計的性能超過了表2中所列的全部設計目標
，參見圖2(詳見參考資料[1])。圖2顯示了90到135 Vac線路電壓範圍下LED驅動器的功率因數和輸入電流總諧波失真，可以看出這參考設計的功率因數很高(超過商業照明0.9的最低功率因數要求)，總諧波失真低(<20%)。圖3顯示了不同負載條件下的LED能效。將25%、50%、75%和100%四個工作點下的能效作平均計算，可得出總平均能效為80.7%
；而在50%至100%負載的關鍵工作區域，能效範圍為81.1%至82%。這不僅超越本參考設計定下的80%能效目標，還超過了EPS 2.0標準對15 W電源79.1%的能效要求。損耗來源中包含輸入EMI段支持TRIAC調光所需的15歐姆限流電阻的能耗。

 
圖2：90至135 Vac輸入線路電壓條件下的功率因數和總諧波失真

 
圖3：輸入電壓為115 Vac時不同負載條件下的能效

總結：

要設計滿足下一代固態照明產品所有要求的離線LED驅動器存在不少挑戰。本參考設計文檔顯示

，安森美半導體基於NCL30000的單段式CrM TRIAC調光LED驅動器GreenPoint®參考設計達到了所有關鍵性能指標
，如“能源之星”1.1版商業及住宅應用固態照明功率因數要求
，甚至是代為參考的2.0版(ban)外(wai)部(bu)電(dian)源(yuan)在(zai)關(guan)鍵(jian)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)能(neng)效(xiao)要(yao)求(qiu)。這(zhe)參(can)考(kao)設(she)計(ji)還(hai)為(wei)係(xi)統(tong)開(kai)發(fa)人(ren)員(yuan)提(ti)供(gong)靈(ling)活(huo)性(xing)

，使(shi)他(ta)們(men)能(neng)夠(gou)升(sheng)高(gao)或(huo)降(jiang)低(di)功(gong)率(lv)
，滿(man)足(zu)不(bu)同(tong)功(gong)率(lv)應(ying)用(yong)的(de)要(yao)求(qiu)。這(zhe)種(zhong)途(tu)徑(jing)讓(rang)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)靈(ling)活(huo)應(ying)對(dui)LED光效提升
，便於他們設計LED數量更少但仍提供預期光輸出的燈具。