采用NCL30000的单段式CrM TRIAC调光LED驱动器设计

By | 2020年7月25日

  为了促成节能,世界各地的当局机构或标准组织制订了没有同LED照明标准,次要表现正在对功率因数(PF)的要求方面。如欧盟的国内电工同盟(IEC)规则了功率年夜于25 W照明使用的总谐波失真功能,某些地域的其它国内规范也实用这规则。


  另外,美国动力部制订及公布了针对固态照明灯具的“动力之星”规范。这项被迫性规范蕴含针对常见室第以及贸易照明灯具(如嵌灯、橱柜灯以及台灯)的系列要求,涵盖最低流明输入、总体光效、牢靠性指标、光色温及一系列其它要害零碎级要求。值患上留意的是,这个规范中其实不间接蕴含电源能效要求,但蕴含功率因数要求,即不管是何种功率等级,室第使用要求的PF年夜于0.7,贸易使用要求的PF年夜于0.9,而集成LED灯光的要求是PF年夜于0.7。


  当然,并不是一切国度都相对强迫要求正在照明使用中改善功率因数,但某些使用可能有这方面的要求。例如,专用事业机构可能鼎力推进领有高功率因数的产物正在专用设备中的贸易使用。别的,专用事业机构领有/保护街灯时,他们能够依据本人的志愿,来决议能否要求产物领有高功率因数(通常年夜于0.95+)。


  1)参照代用规范确立最年夜负载设计指标


  以“动力之星”的固态照明灯具规范为例,这规范蕴含决议灯具光效的总体性要求;实际上,这规范是一个零碎级规范,触及所选LED、现场工作温度、光学组件、驱动器电源转换能效等。灯具开发职员因此能够正在LED的抉择、光学组件的应用、热治理计划、驱动器拓扑构造及设计方面折中弃取,从而合乎全体要求。下表罗列了“动力之星”1.1版室第及贸易使用固态照明标准1.1版对嵌灯的要害零碎要求。


  表1:“动力之星”1.1版室第及贸易固态照明标准之嵌灯要害要求



  最多见的嵌灯是较年夜孔径类嵌灯。关于室第及贸易使用而言,除了了功率因数方面的差异,设计职员可以灵敏地应用中性及暖白光LED。从表1中的最低要求能够看出,要取得575流明的最低输入,最年夜输出功率阈值约为16.4 W。


  因为不间接实用的LED驱动器能效规范,可思考将“动力之星”2.0版内部电源(EPS)规范作为代用规范。依据EPS 2.0规范,额外功率正在1到49 W之间的规范电源的最低能效要求为0.0626×ln(Pno)+0.622。因而,合乎这规范的12 W额外功率电源的最低能效为77.7%,15 W电源则为79.1%。因为LED灯具规范基于输出插座能效,有须要将驱动器能效指标转换为无效的LED负载。为了添加一些设计裕量,咱们将最低指标能效定为80%。这样一来,LED负载就为16.4 W×80%,即13.1 W。


  这样,咱们就确定了最年夜负载设计指标。LED光效受制于LED制作商和驱动电流以及工作温度。安森美半导体这GreenPoint®参考设计抉择的是350 mA的恒定电流,支持市场上年夜少数高亮度功率LED。另外一个要顾及的要素是灯具开发职员能够抉择宽范畴的LED,所选LED的光效越高,要求采纳的LED数目就越少。因而,这GreenPoint®参考设计正在50%至100%额外负载时的能效该当较高。跟着LED光效的晋升,能够随意马虎修正同一个根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


  确定了根本设计要求,就需求思考与终端使用需要无关的其它零碎要素。例如,尽管规范中并没有要求,但兼容已有线路调光计划很首要。因而,该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调光的应战很多,但有一项要素设计职员可能容易疏忽,就是驱动器该当可以能正在低斩波(chopped)交流输出波形前提下启动及工作。并且,驱动电源的尺寸该当婚配嵌灯灯具接线盒。还应该留意一项人的要素要求。尽管LED实际上正在霎时之间就发光,但驱动器的设计要留出特定的启动工夫。不论是甚么LED灯具,这方面的体现都应该没有比CFL差,乃至应该更好。以是,咱们能够把CFL作为参照基准。“动力之星”CFL灯胆要求中,额外前提下最年夜启动工夫为1秒,因而,咱们迁就LED驱动器正在启动工夫方面的设计指标定正在0.5秒。因为这个设计面向室第或贸易使用,因而咱们定下的规格指标更具应战性。表2总结了本GreenPoint®参考设计要害的设计指标。


  表2:要害设计指标


  3)设计路子:采纳单段式计划提供高功率因数


  要完成高功率因数、电源能效指标及松散的尺寸,有须要应用高功率因数的单段式拓扑构造。因为功率指标较低,传统的两段式拓扑构造(PFC升压+反激转换)就无奈餍足要求了。因而,咱们应用了基于安森美半导体NCL30000临界导电模式(CrM)反激管制器的CrM反激拓扑构造。


  单段式拓扑构造省下公用的PFC升压段,协助缩小元器件数目,升高零碎总老本。但采纳单段式拓扑构造,零碎也会遭到一些影响,如无高级低压能量存储,输入电压放弃工夫较短。另外,输入纹波较高,必需采纳更多的高压输入电容来餍足维持要求,及对静态负载反响较慢等。无利的是,这对泛滥LED照明使用而言没有形成成绩,由于LED照明使用无零碎维持工夫要求,并且纹波汇入均匀光输入,人眼没有会觉察。