LED區域照明應用要求

LED驅動(dòng)器的主要功能就是在多種條件下限流，并要保護LED免受浪涌及其它故障條件影響，以及提供某種等級的安全性，避免(電氣和/或機械方式的)震動(dòng)及著(zhù)火。對于區域照明應用而言，室外環(huán)境會(huì )給LED驅動(dòng)器帶來(lái)溫度挑戰，且可能需要承受277 Vac、347 Vac或者甚至480 Vac等比標準電壓更高的交流輸入電壓。

很多區域照明應用都在室外，可能會(huì )經(jīng)受各種嚴格溫度條件，從而使總體使用壽命受到影響。而總體系統設計對使用壽命有重要影響，故使用內部發(fā)熱較少、損耗更低的高能效LED驅動(dòng)器非常重要，而且在設計中要對驅動(dòng)器與LED熱源進(jìn)行熱隔離，從而增強系統可靠性。

LED照明的控制也可以變得更加智能化。傳統街燈以定時(shí)器或環(huán)境光傳感器來(lái)自主控制。而利用電力線(xiàn)通信(PLC)或無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)，可以提供高度靈活的LED區域照明控制，如基于時(shí)間的光輸出等級集中控制、基于車(chē)流量傳感器的發(fā)光等級控制，以及根據檢測人、車(chē)活動(dòng)來(lái)調控市中心照明，兼顧步行車(chē)及街道照明。LED智能控制技術(shù)在節省電能之余，還不會(huì )損及安全性。

LED區域照明電源架構及典型LED驅動(dòng)方案

1)適合線(xiàn)性燈、線(xiàn)槽燈等應用的分布式/模塊化方案

大功率LED區域照明應用中，一種常見(jiàn)的電源架構是“功率因數校正(PFC)+恒壓(CV)+恒流(CC)”的三段式架構。這種架構中，交流輸入電源經(jīng)過(guò)功率因數校正和隔離型直流-直流(DC-DC)轉換后，輸出24至80 Vdc的固定電壓，提供給后面內置DC-DC降壓轉換電路的恒流LED模塊(見(jiàn)圖2)。這種架構的設計提供了能夠現場(chǎng)升級的模塊化途徑，可根據實(shí)際需求，靈活改變LED光條數量，從而增加或減小光輸出，滿(mǎn)足具體區域照明應用要求。這種架構下，交流-直流(AC-DC)轉換與LED驅動(dòng)電路并未集成在一起，而是采用分布式配置，既簡(jiǎn)化安全考慮又增強系統靈活性，也稱(chēng)作分布式方案，典型應用包括線(xiàn)性燈及線(xiàn)槽燈等。

在這種模塊化途徑下，一項設計能夠擴展用于多種光輸出等級。而且隨著(zhù)LED光輸出性能增強，LED模塊要提供相同光輸出等級，所需采用的燈條就更好。而每個(gè)燈條都設有一個(gè)專(zhuān)用的DC-DC LED驅動(dòng)器，如可以采用安森美半導體的CAT4201高能效降壓LED驅動(dòng)器。CAT4201專(zhuān)門(mén)優(yōu)化用于驅動(dòng)大電流LED，采用具有專(zhuān)利的開(kāi)關(guān)控制算法，提供高能效及精確的LED穩流(可達350 mA)。CAT4201可采用最高36 V的電源電壓供電，并兼容于12 V和24 V標準照明系統。圖3顯示的是CAT4201的高壓LED驅動(dòng)器配置，外圍的N溝道MOSFET支持高壓輸入：100 V輸入電壓時(shí)LED功率達30 W;50 V輸入時(shí)LED功率達13 W.

2)適合洗墻燈、外墻燈等應用的整體式/單段式方案

并不是所有的區域照明應用都要求采用分布式/模塊化方案。隨著(zhù)白光LED性能的快速提升，新型LED已經(jīng)可以配合新的LED驅動(dòng)器設計方法。領(lǐng)先的LED制造商已經(jīng)推出支持更大電流及具備更高發(fā)光性能的新型LED，如Cree的 XP-G系列LED(正向壓降為3.3 V)在1 A電流時(shí)可提供330流明光輸出，Seoul Semiconductor的P7系列LED(正向壓降為3.3 V)在1.4 A時(shí)可提供400 流明光輸出。在這種條件下，可以配置新穎的LED驅動(dòng)器來(lái)直接驅動(dòng)1 A到3 A的大電流。例如，可以采用安森美半導體的NCL30001功率因數校正TRIAC可調光LED驅動(dòng)器。

NCL30001是一種整體式 /單段式的LED驅動(dòng)方案，這種方案集成了PFC和隔離型DC-DC轉換電路，并提供恒定電流來(lái)直接驅動(dòng)LED。這種方案相當于將AC-DC轉換與LED 驅動(dòng)兩部分電路整合在一起，均位于照明燈具內，省下了LED光條中集成的線(xiàn)性或DC-DC轉換器。這種整體式方案的電源轉換段更少，減少元器件使用數量 (如光學(xué)元件、LED、電子元件及印制電路板等)、降低系統成本，并支持更高的LED電源總體能效。當然，這種方案的功率密度更高，可能并不適合所有區域照明應用，其光學(xué)圖案可能更適合較低功率的LED，典型應用包括LED街燈、外墻燈、洗墻燈及電冰箱箱體照明等。

這90 W恒壓恒流演示板接受90至265 Vac的擴展通用輸入電壓(更換元件條件下可支持305 Vac)，提供0.7 A至1.5 A的恒定電流輸出范圍(可通過(guò)微幅調節電阻來(lái)選擇)及30 V至55 V的恒定輸出電壓范圍(可通過(guò)電阻分壓器來(lái)選擇)，最大輸出功率90 W，支持50至1，000 Hz調光控制，并包含可連接至可選調光卡的6引腳接口，用于模擬電流調節/雙亮度等級數字調光等智能調光應用。此外，這演示板還提供短路保護、開(kāi)路保護、過(guò)溫保護、過(guò)流保護及過(guò)壓保護等豐富保護特性。測試顯示，這演示板在50 W輸出功率、1，000 mA輸出電壓/48 V正向壓降條件的能效高于87%，在50%至100%負載條件下功率因數高于0.9，同時(shí)符合IEC61000-3-2 C類(lèi)設備諧波含量標準。

3)用于更大功率區域照明應用的高能效LLC拓撲結構驅動(dòng)電源

近年來(lái)，業(yè)界對超高能效的LED照明拓撲結構興趣日濃，期望在更大功率的50 W至250 W LED區域照明應用中提供高能效(如高于90%)。要提供這樣高的能效，需要采用高能效的電源拓撲結構，如諧振半橋雙電感加單電容(LLC)拓撲結構，從而充分發(fā)揮零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)的優(yōu)勢。

在這類(lèi)要求超高能效的更大功率LED區域照明應用中，可以結合采用安森美半導體的NCP1607 PFC控制器和NCP1397雙電感加單電容(LLC)半橋諧振控制器，用于功率在50到300 W范圍的高能效LED街道照明應用。NCP1397是最新高性能諧振模式LLC控制器，集成了600 V高壓浮動(dòng)驅動(dòng)器，支持50到500 kHz的高頻工作，內置高端和低端驅動(dòng)器，支持可調節及精確的最低頻率，提供極高能效，并具備多種故障保護特性。