NIKO可调光PFC LED专为驱动器LED灯泡及灯管设计

在LED照明应用中採用交流-直流(AC-DC)电源供电的LED驱动电路中，常见隔离拓扑结构与非隔离拓扑结构。这两种拓扑结构各有其特点。相比较而言，非隔离拓扑结构的优势包括磁性元件尺寸更小、能效更高、元件数量更少、总物料单成本更低，以及能以机械设计满足安规等，特别适用于内含驱动器的LED灯泡及灯管应用，已成为此类LED照明趋势而大量被采用。而隔离拓扑结构则因安规需求较适用于驱动器与的LED灯泡及灯管分开结构之照明应用。 　　NIKO-SEM提供之LED驱动器非隔离LED驱动器系列，採峰值电流採样加平均电流採样双回授控制，因此能改善高功因应用中单一平均电流回授控制中不可调光之缺失，同时快速回授特性可避免输入电压变换控制延迟造成LED过流毁损现象，可适用于多种非隔离LED驱动高功因与传统非高功因应用方案。在传统纯电阻峰值电流採样做法时电感电流全部流经採样电阻，因为採样电阻上的峰值电压每顶到内部参考电压时皆会立即关闭功率电晶体，因此每个开关週期电感电流峰值都会相同，无法随输入电压正弦波振幅大小变化，功因也就无法有效提昇。 　　NIKO-SEM在非隔离高功因降压驱动应用采用电阻并联电容的独特峰值电流採样方式，使流经电感上的电流能有效随输入电压正弦波振幅大小变化，进而达成高功因的目的。其塬理为:电容电荷公式中，Q=CV=IT,其中并联电容之Q(电荷)值、C(电容量)值以及V(採样电压)值皆为定值，电容电流I会随导通时间T的变动而变化，由于输入电压正弦波振幅越大时流经电感的电流斜率会变大，会较短导通时间顶到内部参考电压，所以输入电压正弦波振幅越大时，导通时间变越短，而电容电流I会越大，同时电感电流亦越大，因此具有良好高功因的表现，调整採样电阻阻值则可随意改变LED负载电流大小。 　　此外NIKO-SEM之LED驱动器提供一COMP脚专门做输入电压以及输出负载变化补偿用，使LED电流变化率得以控制在5%水準。以下图1为NIKO-SEM提供之典型全电压非隔离高功因BUCK架构LED驱动电路。在图1中，电阻R3、电容C4为峰值电流採样元件，串联于飞轮二极体D1的电阻R4为平均电流採样元件，作为当功率电晶体关闭时LED负载电流的採样工作，电阻R4的每个工作週期电压经过电阻R5、电容C5积分成一平坦直流电压值，当LED负载电流越大则电阻R5、电容C5积分的电压值越高，同时，输入电压越高时电阻R5、电容C5积分的电压值亦越高，藉此可补偿输入电压以及输出负载变化。 　　此电压值于功率电晶体再度导通时叠加峰值电流採样电压，产生峰值电流採样加平均电流採样双回授控制，共同叠加的讯号VLD以及峰值电流採样电压VCS如图2所示。双回授控制应用时优先设定平均电流採样电阻R4阻值，公式为R4=ILED/0.25，然后再设定峰值电流採样电阻R3阻值，公式为R3=R4/K，K=3.75。 　　NIKO-SEM提供之LED驱动器系列恆流控制採用固定关断时间控制模式，因此在高功因应用可工作在CCM或DCM模式。在BUCK应用中操作在CCM模式比起CRM模式有峰值电流较小以及高低输入电压下频率变化较小的优点，使得在高输入电压时导通损失以及交换损失较小，因此效率较高。此外操作在CCM模式需要考虑的是高输入电压时产生之二极体逆向回復电流IRR流经功率电晶体与飞轮二极体之间的导通损失，所以在电感感量设计时要考量最高电感电流之波谷电流量要小于0.1A以下，以避免产生逆向回復电流IRR损失影响整体效率，同时让功率电晶体以及飞轮二极体产生温度较高现象。 　　NIKO-SEM提供之LED驱动器系列在驱动功率电晶体方面採用的是源极驱动方式，搭配专利之IC电源以交换工作模式，能有效降低IC电源供电损失以及不需要额外辅助绕组及供电元件即可供应IC电源正常工作，因此储能电感可採用价格低的工形电感即可。在保护功能方面，NIKO-SEM提供之LED驱动器有过温保护、灯管短路保护以及灯管开路保护。灯管开路保护利用积纳二极体设定保护电压直接侦测LED输出端电压，开路动作电压可设计接近于正常点亮之LED端电压，因此LED输出端之并联滤波电容不用採用较高额定电压，可降低电容成本与体积。 　　NIKO-SEM提供之LED驱动器系列在调光方面，包含有线性调光、脉波调光以及叁端双向可控硅开关元件(TRIAC)调光，以下图3所示，为NIKO-SEM提供之全电压TRAIC调光非隔离高功因BUCK架构LED驱动电路方案。 　　图3全电压TRAIC调光非隔离高功因之BUCK架构LED驱动电路 　　NIKO-SEM提供之LED驱动器系列可支援多种应用方案提供非常高的能效，而且电路简捷，适合不同的中低功率LED一般照明应用。NIKO-SEMLED驱动器产品系列有N3201M採SOT26封装，N3201V採SOP8封装。内含高压MOSFET则有N3101V、N3102V分别内置1A及2A高压MOSFET，採SOP8封装适用于8W以下LED灯泡应用。此外NIKO-SEM提供之LED驱动器系列除BUCK应用外尚可应用在其它非隔离之BOOST以及BUCK-BOOST拓朴，在隔离型拓扑则可应用在次级回授稳流(SSR)应用。