一种单段隔离型功率因数校正的LED驱动器设计

功率因数校正，就是将畸变电流校正为正弦电流，并使之与电压同相位，从而使功率因数接近于1。提高功率因数对于降低能源消耗，减小电源设备的体积和重量，缩小导线截面积，减弱电源设备对外辐射和传导干扰都具有重大意义。故而有功率因数校正的LED驱动器越来越受欢迎。本文将以安森美半导体的两款单段隔离功率因数校正LED驱动器NCP1652A及NCL30001为例，介绍高能效的单段功率因数校正LED驱动器的设计方法及应用方案。 　　单段隔离型功率因数校正LED驱动器解决方案有：基于NCL30000的离线型高功率因数Triac可调光LED驱动器;用于高压LED灯串的基于NCP1044升压式转换器的LED单段功率因数校正驱动方案;基于NCL1652A控制器的降压-升压式反激变换LED驱动器和基于NCL30001和NCS1002的区域照明应用恒流LED驱动器等。本文主要以NCP1652A和NCL30001为例，介绍单段隔离功率因数校正LED驱动器的设计方案。 　　NCL1652A及NCL30001均是采用连续导电模式(CCM)工作，这种方案集成了PFC和隔离型DC-DC转换电路，并提供恒定电流来直接驱动LED。它相当于将AC-DC转换与LED驱动两部分电路整合在一起，均位于照明灯具内，省去了LED光条中集成的线性或DC-DC转换器，这种整体式方案的电源转换段更少，减少元器件使用数量(如光学元件、LED、电子元件及印制电路板等)，降低系统成本，并支持更高的LED电源总体能效。当然，这种方案的功率密度更高，可能并不适合所有区域照明应用，其光学图案可能更适合低功率的LED，典型应用包括LED街灯、外墙灯、洗墙灯及电冰箱箱体照明等。 　　用于通用电源、电信电源的LED驱动器 　　NCP1652A控制器是专门针对连续导电模式(CCM)的降压-升压式反激转换器应用而设计的，可以为功率较高应用的有源钳位缓冲提供一个第二个栅极驱动输出，反激变压器的漏感能量引起的电压尖峰是一个重要问题。采用NCP1652A可以设计一种相对新颖又简单、使用隔离型单段转换拓扑结构的离线功率因数校正15Vdc及更高输出功率电源，用于通用电源、电信分布式电源前端及用于区域照明和分布式照明应用的恒压LED驱动器。基于NCP1652A控制器的单段功率因数校正LED驱动器，电路原理图如图1所示，采用的是通用交流输入的48VDC、2A的电源，反激变压器T1只需要相对较少的磁性电流元件即可用于高效连续导电模式，测试结果表明，此方案可以提供近90%的能效，在大多数典型负载下功率因数超过0.95。 　　用于区域照明应用的LED驱动器 　　NCL30001控制器的规格特性还包括高压启动电路、电压前馈以改善环路响应、输入欠压检测、内部过载定时器、拴锁输入，以及减少输入线路谐波的高精度乘法器。NCS1002是一款次级端恒压恒流(CVCC)控制器，适合LED街灯等区域照明应用，配合NCL30001控制器更可以设计出高功效、具有调光功能的LED驱动器演示板，可用于要求直接恒流输出的40W到100W功率范围的应用，电流可在0.7A至1.5A之间调节，配合更宽范围的大功率高亮度LED，适用于高架、隧道、停车场和道路照明等区域照明应用的恒定电流LED驱动器。基于NCL30001和NCS10002的90W演示板，如图2所示，测试结果显示，在50W输出功率、1000mA输出电压/48V正向压降条件的能效高于87%，在50%至100%负载条件下功率因数高于0.9。这种特殊设计是针对需要大于3A的驱动能力的LED而优化的，如LuminusDevices公司的CSM360和SST90。这种设计可以支持多达8个SST90串联或2个CSM360器件。CSM360LED在驱动电流为3.2A条件下标称正向电压为12.8V，这取决于色温和光通量可以产生1600-3900流明。 　　总结： 　　使用单段拓扑结构可以大大降低整体元器件的材料成本，同时还能在紧凑结构中实现高功率因数和表现良好的启动特性。为了确保方案的稳健和可靠性，上述设计方案中均对电路使用了多重的保护。