单段式CrM TRIAC调光LED驱动器设计

最新更新时间:2010-12-18来源: 互联网关键字:LED照明  能源之星  LED驱动器  NCL30000  TRIAC调光 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  为了促进节能,世界各地的政府机构或规范组织制定了不同LED照明规范,主要体现在对功率因数(PF)的要求方面。如欧盟的国际电工联盟(IEC)规定了功率大于25 W照明应用的总谐波失真性能,某些地区的其它国际标准也适用这规定。

  另外,美国能源部制定及发布了针对固态照明灯具的“能源之星”标准。这项自愿性标准包含针对常见住宅和商业照明灯具(如嵌灯、橱柜灯和台灯)的系列要求,涵盖最低流明输出、总体光效、可靠性目标、光色温及一系列其它关键系统级要求。值得注意的是,这个标准中并不直接包含电源能效要求,但包含功率因数要求,即不论是何种功率等级,住宅应用要求的PF大于0.7,商业应用要求的PF大于0.9,而集成LED灯光的要求是PF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。此外,公用事业机构拥有/维护街灯时,他们可以根据自己的意愿,来决定是否要求产品拥有高功率因数(通常大于0.95+)。

  1)参照代用标准确立最大负载设计目标

  以“能源之星”的固态照明灯具标准为例,这标准包含决定灯具光效的总体性要求;实际上,这标准是一个系统级标准,涉及所选LED、现场工作温度、光学组件、驱动器电源转换能效等。灯具开发人员因而可以在LED的选择、光学组件的使用、热管理方案、驱动器拓扑结构及设计方面折衷取舍,从而符合整体要求。下表列举了“能源之星”1.1版住宅及商业应用固态照明规范1.1版对嵌灯的关键系统要求。

表1:“能源之星”1.1版住宅及商业固态照明规范之嵌灯关键要求

“能源之星”1.1版住宅及商业固态照明规范之嵌灯关键要求

  最常见的嵌灯是较大孔径类嵌灯。对于住宅及商业应用而言,除了功率因数方面的差别,设计人员能够灵活地使用中性及暖白光LED。从表1中的最低要求可以看出,要获得575流明的最低输出,最大输入功率阈值约为16.4 W。

  由于没有直接适用的LED驱动器能效标准,可考虑将“能源之星”2.0版外部电源(EPS)标准作为代用标准。根据EPS 2.0标准,额定功率在1到49 W之间的标准电源的最低能效要求为0.0626×ln(Pno)+0.622。因此,符合这标准的12 W额定功率电源的最低能效为77.7%,15 W电源则为79.1%。由于LED灯具标准基于输入插座能效,有必要将驱动器能效目标转换为有效的LED负载。为了增加一些设计裕量,我们将最低目标能效定为80%。这样一来,LED负载就为16.4 W×80%,即13.1 W。

  这样,我们就确定了最大负载设计目标。LED光效受制于LED制造商以及驱动电流和工作温度。安森美半导体这GreenPoint®参考设计选择的是350 mA的恒定电流,支持市场上大多数高亮度功率LED。另一个要顾及的因素是灯具开发人员可以选择宽范围的LED,所选LED的光效越高,要求采用的LED数量就越少。因此,这GreenPoint®参考设计在50%至100%额定负载时的能效应当较高。随着LED光效的提升,可以轻易修改同一个基本电源设计来驱动更少的LED,从而提供远高于最低要求的灯具光效。

  2)其它设计要求

  确定了基本设计要求,就需要考虑与终端应用需求有关的其它系统因素。例如,虽然标准中并无要求,但兼容已有线路调光方案很重要。因此,应当针对三端双向可控硅开关器件(TRIAC)壁式调光器来优化设计。TRIAC调光的挑战不少,但有一项因素设计人员可能容易忽略,就是驱动器应当能够能在低斩波(chopped)交流输入波形条件下启动及工作。而且,驱动电源的尺寸应当匹配嵌灯灯具接线盒。还应该注意一项人的因素要求。虽然LED实际上在瞬间之间就发光,但驱动器的设计要留出特定的启动时间。不管是什么LED灯具,这方面的表现都应该不比CFL差,甚至应该更好。所以,我们可以把CFL作为参照基准。“能源之星”CFL灯泡要求中,额定条件下最大启动时间为1秒,因此,我们将就LED驱动器在启动时间方面的设计目标定在0.5秒。由于这个设计面向住宅或商业应用,因此我们定下的规格目标更具挑战性。表2总结了本GreenPoint®参考设计关键的设计目标。

表2:关键设计目标

:“能源之星”1.1版住宅及商业固态照明规范之嵌灯关键要求

  3)设计途径:采用单段式方案提供高功率因数

  要实现高功率因数、电源能效目标及紧凑的尺寸,有必要使用高功率因数的单段式拓扑结构。由于功率目标较低,传统的两段式拓扑结构(PFC升压+反激转换)就无法满足要求了。因此,我们使用了基于安森美半导体NCL30000临界导电模式(CrM)反激控制器的CrM反激拓扑结构。

  单段式拓扑结构省下专用的PFC升压段,帮助减少元器件数量,降低系统总成本。但采用单段式拓扑结构,系统也会受到一些影响,如无初级高压能量存储,输出电压保持时间较短。另外,输出纹波较高,必须采用更多的低压输出电容来满足维持要求,及对动态负载反应较慢等。有利的是,这对众多LED照明应用而言不构成问题,因为LED照明应用无系统维持时间要求,而且纹波汇入平均光输出,人眼不会察觉。

  设计针对高功率因数(PF>0.95)有利于轻松符合SSL灯具的商用照明要求,并使输入电流波形看上去象是电阻型载的波形。这对兼容TRIAC调光非常重要,因为TRIAC调光器原本用于白炽灯,而白炽灯在电路中的作用就象是电阻,即充当电阻型负载。用示波器截取的波形显示,优化设计的单段式CrM反激电源的基本电流波形与输入电压波形保持同相。

  图1显示的是安森美半导体基于NCL30000的单段式高功率因数反激拓扑结构的简化功能框图。从图1中可以看出,隔离反激的次级端有恒流恒压(CCCV)控制模块。这模块有两个主要功能,一是紧密稳流350 mA的恒定电流,并为初级端提供反馈,用于调节导通时间,对流经LED的恒定电流进行稳流;二是在发生开路事件时,进入恒压控制模式,在故障事件下产生稳压固定电压。开路电压稳压为UL1310 2类电源的60 Vdc最大电压限制。此外,无意中碰到输出短路时,还能限制功率,避免损坏LED。

基于NCL30000的单段式CrM反激LED驱动器GreenPoint

图1:基于NCL30000的单段式CrM反激LED驱动器GreenPoint®参考设计简化框图

  4)测试结果

  测试结果显示,这参考设计的性能超过了表2中所列的全部设计目标,参见图2(详见参考资料[1])。图2显示了90到135 Vac线路电压范围下LED驱动器的功率因数和输入电流总谐波失真,可以看出这参考设计的功率因数很高(超过商业照明0.9的最低功率因数要求),总谐波失真低(<20%)。图3显示了不同负载条件下的LED能效。将25%、50%、75%和100%四个工作点下的能效作平均计算,可得出总平均能效为80.7%;而在50%至100%负载的关键工作区域,能效范围为81.1%至82%。这不仅超越本参考设计定下的80%能效目标,还超过了EPS 2.0标准对15 W电源79.1%的能效要求。损耗来源中包含输入EMI段支持TRIAC调光所需的15欧姆限流电阻的能耗。

90至135 Vac输入线路电压条件下的功率因数和总谐波失真

图2:90至135 Vac输入线路电压条件下的功率因数和总谐波失真

输入电压为115 Vac时不同负载条件下的能效

图3:输入电压为115 Vac时不同负载条件下的能效

  总结:

  要设计满足下一代固态照明产品所有要求的离线LED驱动器存在不少挑战。本参考设计文档显示,安森美半导体基于NCL30000的单段式CrM TRIAC调光LED驱动器GreenPoint®参考设计达到了所有关键性能指标,如“能源之星”1.1版商业及住宅应用固态照明功率因数要求,甚至是代为参考的2.0版外部电源在关键负载条件下的能效要求。这参考设计还为系统开发人员提供灵活性,使他们能够升高或降低功率,满足不同功率应用的要求。这种途径让设计人员能够灵活应对LED光效提升,便于他们设计LED数量更少但仍提供预期光输出的灯具。

关键字:LED照明  能源之星  LED驱动器  NCL30000  TRIAC调光 编辑:金海 引用地址:单段式CrM TRIAC调光LED驱动器设计

上一篇:基于AP3766的10到20W LED直管灯驱动电路设计
下一篇:大功率LED驱动器找到了专门市场

推荐阅读最新更新时间:2023-10-18 15:04

LED TV/照明应用大不同 封装技术各展所长
由于采用发光二极体背光源的 液晶电视 ( LED TV )强调薄型、平价及多功能,因此对 LED封装 的要求为更薄与更低成本;而因应多元化 LED照明 应用所需,则诉求能达到更亮、更高 演色性 及更高色度集中性的封装,预期塑胶晶粒承载( PLC C)、COB(Chip On Board)两大技术将各擅胜场。 威力盟电子 显示 研发处处长杨光能表示,每千瓦 流明 的单价为LED照明是否普及的重大关键。 威力盟电子显示研发处处长杨光能表示, LED 于26寸以下显示器背光源市场渗透率已逼近100%,相较于2010年,2011年LED TV背光源更标榜薄型、平价化与多功能特性,因此LED封装趋势朝更薄型化,厚度仅2
[电源管理]
LED照明驱动器IC中的数字电源与调光
  作为 LED 照明,它需要有能够驱动从灯泡等小型照明的小功率产品到路灯等大型照明的大功率产品电源。而且,这种电源应当与原有照明器具所使用的“可控硅调光”、 LED照明 专用的“PWM调光”以及可以用体电阻调光的“线性调光”等多种调光方式兼容。为使LED稳定地点亮、调光,需要使用 LED驱动 器IC,而且要求这种驱动器IC能与功率和调光方式等五花八门的电源相适应。   罗姆LED照明用驱动器IC的特点   罗姆为了适应上述市场需求而在进行LED照明用驱动器IC的开发。为使LED保持一定的亮度点灯,需要有进行恒流控制的LED驱动器IC。通常,是从交流电源开始进行恒流控制,所以使用降压型开关稳压器方式(图1)。   传统方式
[电源管理]
<font color='red'>LED照明</font>驱动器IC中的数字电源与<font color='red'>调光</font>
一种基于LED照明灯具的散热片设计与分析
1.引言   led 照明具有三个最为主要的优点:节能、环保、绿色照明。这使得LED 成为当今世界上替代传统光源的新一代光源之一。在LED 工作过程中,由于是PN 结工作,LED芯片会有发热现象产生,所以必须针对这种情况做好散热设计。LED 照明灯具发光后产生的热量主要通过LED基板和安装在LED 上的散热装置传导出去。而良好的散热设计可以大幅度延长LED 的使用寿命,因此散热设计对LED 光源的性能起着至关重要的作用。   解决散热问题的方法主要有两种:(1)改善灯具内部LED 芯片的质量,在同样的工作电流下提高芯片发光的内量子效率,从而提高芯片的发光效率;(2)改进灯具外部的散热设计,配置合理的散热装置,以加快散
[电源管理]
一种基于<font color='red'>LED照明</font>灯具的散热片设计与分析
如何做好LED照明设计
  想做好一个 LED照明 产品最关键的几个部分不能不知,通俗的说就是配光、结构、电子,而配光、结构、电子用专业术语表达为:光性能、热性能、电性能。在此同时,配光显得尤为重要,不懂配光,就做不好LED照明,确定用谁的 LED封装 结构;接下来考虑怎样适应这些封装形式;由我们选择的机会不多, 光学 结构是建立在这些封装之上的;我们很多创意不能很好的发挥。    热性能(结构)   照明用的 LED 发 光效 率和 功率 的提供是LED产业的关键之一,在此同时,LED的 PN结 温度及壳体散热问题显得尤为重要。PN结温与灯体温度差异越大,那么热阻越大,随之光能被转换成热能白白消耗掉,严重时LED损坏。一个好的结构工程师,
[电源管理]
如何做好<font color='red'>LED照明</font>设计
LED照明发展状况分析
    “景观照明 ”,总让人不由自主地想起城市的五彩斑斓,还有璀璨灯光上空映着彩光的云朵。LED ,人类照明 史的第四次革命   LED是一种发光的半导体元件,被公认是21世纪最具发展前景的高技术产品之一,在引发照明革命的同时,也为推动节能减排、环境保护做出重大贡献。随着政府的大力推广和全球产业梯次转移,未来的景观照明,将是LED翩翩起舞的世代。     给黑暗城市下个美丽的定义     “景观照明”,总让人不由自主地想起城市的五彩斑斓,还有璀璨灯光上空映着彩光的云朵。     LED,人类照明史的第四次革命     LED是一种发光的半导体元件,被公认是21世纪最具发展前景的高技术产品之一,在引发照明革命的同时
[电源管理]
LED照明设计过程中关键问题全析
  要设计产品,首先要确定用谁的LED封装结构;接下来考虑怎样适应这些封装形式; 由我们选择的机会不多,光学结构是建立在这些封装之上的;我们很多创意不能很好的发挥。下面介绍LED照明设计过程中的关键问题及分析。   一、半导体照明应用中存在的问题   1、散热   2、缺乏标准,产品良莠不齐   3、存在价格与设计品质问题,最终消费者选择LED照明,缺乏信心   4、半导体照明在电气设计方面与传统照明有很大差别,传统灯具企业需要经验/技能积累过程   5、大家都看好该市场,但是还没有规模上量   特点:   1、通过调整高精度恒流芯片,保证LED亮度、色度的一致性,在模块一级为
[电源管理]
低成本非隔离12V LED驱动器设计
一、设计特色   1、精确的初级侧恒压/恒流控制器(CV/CC)省去了光耦器和所有   2、次级侧CV/CC控制电路   3、无需电流检测电阻,即可达到最高效率   4、使用元件少、低成本的解决方案(16个元件)   5、自动重启动用于输出短路和开环保护   6、极高能效   7、在整个输入电压范围内满载效率均大于80%   8、在265 VAC输入情况下,空载功耗 200 mW   9、轻松满足EN55015和CISPR-22 B级EMI标准   10、满足能源之星对于固态照明(SSL)产品的要求   11、绿色封装:无卤素和符合RoHS    二、电路原理图 图1. 使用LNK605D
[电源管理]
低成本非隔离12V <font color='red'>LED驱动器</font>设计
CSA International 获IAS授权提供能源之星测试认证服务
CSA International 日前宣布其位于美国佐治亚州亚特兰大的实验室已获得 IAS (International Accreditation Service)的授权,可以对包括 计算机 、外部和内部 电源 、电视机、图像设备和显示监控器等产品进行测试,确保其符合 能源之星 要求。 CSA International总裁Randall W. Luecke表示:“此次获得IAS的授权将有助于CSA International为制造商和消费者提供额外的保证,证明合格的电子产品已经过第三方实验室的测试并出具报告,符合环保署即将根据能源之星项目出台的相关能效要求。同时,这个认可也有助于我们拓展服务产品
[工业控制]
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved