关键电源及LED照明应用的设计挑战及解决方案

By | 2020年7月25日

  正在人们环保认识愈来愈强的明天,节能毫不仅仅是热点议题,更是列国首要标准机构以及业界抢先厂商切确切实的举动名目。环视咱们的工作及生存环境,那些最罕用、最多见或有极具节能后劲的电子电器天然起首成为节能举动指标,如较量争论机、平板电视、机顶盒、适配器/内部电源等电源使用及发光二极管(LED)照明等。寰球首要的标准机构,如美国“动力之星”、美国80 PLUS、欧洲能效行为原则(COC)、欧盟EuP、日本Top Runner、中国规范化钻研院等,针对这些要害使用公布更新、更多的高能效标准,让电子产物可以以更少的电能来执行相反的性能,进步电能应用的效率。


  以多路输入台式机ATX电源为例,80 PLUS银级标准、较量争论工业气象解救举动(CSCI)银级标准自2009年7月开端失效,要求多路输入台式机ATX电源正在额外输入功率的20%、50%以及100%等前提下能效辨别达到85%、88%及85%。后续的80 PLUS金级以及CSCI金级标准将于2010年7月开端失效,进一步将能效要求进步到87%、90%以及87%。


  又如平板电视,跟着尺寸的增年夜,其能耗日趋成为业界存眷的成绩。“动力之星”针对电视的4.0版标准将于2010年5月1日失效,这标准要求可视屏幕对角尺寸为32英寸、42英寸以及60英寸的平板电视正在工作模式的能耗辨别没有超越78 W、115 W以及210 W,然后续将于2012年5月1日失效的5.0版标准则进一步要求这几种尺寸平板电视工作能耗没有超越55 W、81 W以及108 W,参见表1。欧洲的EuP指令也有着相似要求。除了了要求工作能耗升高,这些标准还要求升高待机能耗,由于数据显示,可观的电能是正在待机模式下耗费的。“动力之星”等能效标准以后看待机能耗的要求是没有超越1 W,将来可能要求没有超越0.3 W乃至是没有超越0.1 W。



  而正在条记本电脑等产物中宽泛应用的适配器/内部电源方面,“动力之星”的2.0版标准已于2008年11月1日开端失效。以“动力之星”的2.0版内部电源标准为例,这标准要求输入功率年夜于49 W的内部电源(典型产物如条记本适配器)的工作能效从1.1版的84%晋升至87%,待机(空载)能耗从没有超越750 mW升高到没有超越500 mW,而功率因数(PF)也要求没有低于0.9。欧盟EuP生态设计指令2005/32/EC标准No 278/2009的第一阶段以及第二阶段要求辨别将自2010年4月及2011年4月开端失效,此中第一阶段的要求是输入功率年夜于51 W的内部电源工作能效没有低于85%,空载能耗没有超越500 mW,第二阶段的空载能耗要求没有变,但能效要求提开至87%。


  除了了这些使用,LED照明或称固态照明(SSL)现在也是煊赫一时的使用,1.0版的“动力之星”SSL标准已自2008年10月1日失效,要求关态(off-state)能耗为零,最低能效要求依据使用的没有同(如聚光灯、户外灯等)而没有同,功率因数要求方面,贸易使用是没有低于0.9,室第使用是没有低于0.7。


  电源及LED照明使用设计应战


  这些要害电源及LED照明使用为设计工程师带来了应战,既需求添加能效密度,又要改善功率因数,并进步产物的牢靠性。


  详细而言,因为总能效要求及散热限度,设计工程师必需努力晋升能效,即使是正在低功率使用(或轻载)时也是如斯。别的,并非只有正在较高功率电平常才要求功率因数校对(PFC),绝对较低的功率时也可能要求PFC。别的,这些使用中经常碰面临空间受限的成绩,特地是正在以LED照明代替传统灯胆的使用中。总体牢靠性也十分首要。输出电源范畴也要更宽,支持277 Vac电压。别的,还面对一些特定照明要求,如三端双向可控硅开关元件(TRIAC)调光等。


  应答战略


  要应答这些要害电源及LED照明使用的设计应战,需求采纳更新的技巧或优化的电源拓扑构造及计划。


  以平板电视使用为例,为将能效提至最高,可将传统采纳的冷阴极荧光灯(CCFL)背光交换为新兴的LED背光,如直下式背光或侧光式背光,不只有助于纤薄型电视设计,还协助升高能耗,晋升能效。假如维持采纳今朝性忦比依然更高的CCFL背光,也能够采取没有同的无效措施,如正在提供等同光输入的前提下缩小灯数目及升高能耗,或采纳新鲜的逆变器驱动器计划,如液晶电视集成电源(LIPS),缩小一个电源转换段,晋升能效并升高老本。


  安森美半导体以抢先产物及计划来支持高能效趋向


  安森美半导体身为重要的高功能、高能效硅计划供给商,提供电源治理及LED照明计划来节能,协助客户餍足并超过世界各地的电源标准规范(工作能效、待机能耗、低动态电流及功率因数校对等),老本平价或比传统计划更低。


  需求强调的是,安森美半导体采纳全体路子来完成高能效,包罗:


  1)升高待机(空载)能耗。包罗应用准谐振(谷底开关)、正在2段式转换器封闭PFC段等更好的拓扑构造,和采纳频次反走、跳周期、软跳周期以及低压自举(bootstrap)电路等新技巧。


  2)晋升电源工作能效。包罗应用更好的器件,如场效应晶体管(FET)以及二极管,和应用更好的拓扑构造,如频次反走、同步整流,及准谐振、齐全谐振、有源钳位(反激或正激)等软开关技巧。


  3)功率因数校对(或缩小谐波)。包罗将PFC与主转换器连系,和优化指定使用以及电平的PFC管制模式,如非延续导电模式(DCM)、临界导电模式(CrM)或延续导电模式(CCM)。


  安森美半导体针对这些要害的电源及LED照明使用提供泛滥的抢先产物,如PFC管制器、交流-直流(AC-DC)管制器、低压MOSFET、LED驱动器、整流器、次级同步整流管制器、直流-直流(DC-DC)开关稳压器及高压降(LDO)稳压器,并基于这些抢先产物提供高能效的GreenPoint®参考设计,用于ATX电源、条记本及打印电机源适配器、电视、固态照明及其它使用。



  图1:安森美半导体用于ATX台式机的能效高于85%的255 W电源参考设计


  例如,安森美半导体用于台式机ATX电源的255 W GreenPoint®电源参考设计正在100、11五、230及240 Vac输出电压前提及25%、50%及100%额外输入功率等前提下的能效高于85%,合乎80 PLUS银级能效标准及“动力之星”5.0版台式电机源标准,并合乎IEC61000-3-2功率因数要求,功率因数正在多种输出电压前提下高于0.95。值患上一提的是,这些数据均是正在41长的线缆结尾取得,通过了齐全测试,巩固且性价比高,属于可投产型设计,参见图1。


  又如,正在通用LED照明使用方面,安森美半导体对一款从批发商铺购患上的卤素灯台灯,采纳LED模块进行从新设计。原35 W卤素灯正在120 Vac时的输出功率为41.7 W,亮度为744流明,而基于安森美半导体NCP1014构建的LED模块的LED台灯正在120 Vac前提下的输出功率仅为10.9 W,即能耗仅相称于传统卤素灯的1/4,但光输入却高于卤素灯,达到795流明。这采纳LED模块的新台灯设计既减小产物体积,又极佳地完成节能。这LED模块的电路图参见图2。



  图2:采纳基于NCP1014的LED模块从新设计的台灯的电路图


  安森美半导体旨正在成为高品质、高性价比、高功能电源治理计划的首选供给商,除了了推出要害的管制、驱动及电源转换IC,还合营推出低压MOSFET及整流器产物,并提供丰厚的整流器封装零碎,包罗新的SO-8 FL整流器封装,其热功能简直与DPAK玲珑封装同样好。


  总结:


  较量争论机、平板电视、适配器等要害电源使用及LED照明使用面对更高能效要求,并为设计职员带来应战。安森美半导表现有构建高能效电源及LED照明使用的进步前辈技巧及产物,且是完好处理计划供给商,提供高功能、低零碎总老本的差别化GreenPoint®参考设计,既晋升工作能效,又升高待机能耗,同时还提供高功率因数,以全体路子协助客户合乎或超过世界各地的高能效标准要求。