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安森美半导体用于LED灯泡等的NCL3008x高能效初级端稳流方案

来源:电子发烧友 作者:华仔 浏览:219

标签:

摘要: 近年来,世界上多个国家制定政策以分阶段淘汰白炽灯泡。如中国计划于2015年60W 以上普通照明用白炽灯泡全部淘汰。荧光灯及紧凑型荧光灯(CFL)的能效比白炽灯高,但含剧毒物质汞,存在环...

  近年来,世界上多个国家制定政策以分阶段淘汰白炽灯泡。如中国计划于2015年60W 以上普通照明用白炽灯泡全部淘汰。荧光灯及紧凑型荧光灯(CFL)的能效比白炽灯高,但含剧毒物质汞,存在环保顾虑。相比较而言,具备环保优势、近年来成本稳步下降的高亮度白光LED技术已经快速改进,如今在光输出方面已可与CFL等正面交锋,并且还大幅提升能效及延长使用寿命,适合于白炽灯泡替代等LED通用照明应用。

  LED灯泡的驱动挑战及常见驱动方法

  大多数LED是低压器件,最适合采用恒定电流驱动。要在通用照明应用中最大限度发挥LED节能优势,就要采用适合的LED驱动电路。

  以LED灯泡为例,典型的LED灯泡包含LED阵列、驱动电路、散光罩、散热片和螺旋灯头等主要组件。就驱动电路而言,高能效LED驱动器IC无疑是其中的重点。因为LED灯泡的形状固定,散热受限,采用高能效LED驱动器则可帮助将更多电能转化为光能,帮助散热。此外,由于LED灯泡空间有限,故须减小驱动电子电路的尺寸以使剩余空间增多,同时增大散热片面积;较大功率的灯泡尤为如此。不仅如此,LED正在发生迅速变化,提供多种选择,这对LED驱动器的选择也构成了挑战。出于安规、LED选择等因素,设计人员还须考虑是采用隔离还是非隔离拓扑结构,由此也影响到LED驱动器的选择。

  图1:典型LED灯泡剖视图

  一种常见的LED驱动器拓扑结构是隔离型反激(见图2)。这种拓扑结构除了提供电气安全隔离以外,还能对LED串要求的电流进行稳流。安全低压次级端的电路感测LED电流及电压,并在安全界限内提供反馈信号,以控制电源转换过程。次级端元件包括偏置电路、双运算放大器、精密参考、用于反馈的光耦,以及用于监测LED电流及感测过压保护故障的电流及电压感测电阻等。

  

  图2:常见的驱动LED串的隔离型反激拓扑结构

  这种经典方案的优势与缺点并存。例如,它可以轻易地实现高精度的稳流,且能够在宽工作范围及制造差异条件下可靠地工作。但这种方案的次级端控制电路消耗电能,由于此电能未转化为光,故降低了能效。此外,次级端的元器件在印制电路板上占用空间并增加成本。最后,如果次级端任何元件有故障,仍须把驱动器设计成就算有故障也保安全。

  克服经典方案缺点的新颖的初级端稳流技术

  有利的是,设计人员可以选择一种新的控制架构,将所要求的LED稳流功能从次级端移到初级端,即采用初级端稳流(PSR)技术(亦称“初级端控制”),见图3。初级端稳流方案无须光耦,以及次级端恒流恒压(CCCV)控制环路元件,如运算放大器、TL431或齐纳参考、偏置稳压器、电流感测电阻及用于过压保护的电压感测等,同时在初级端维持高稳流精度。这就提供减少元件数量、简化PCB布线、节省电路板空间、简化LED选择、提升能效及轻易符合安规等诸多优势。据统计,设计人员通过消除次级端控制,能够省去占用宝贵电路板空间的16至18颗甚或更多元件,这对A19 LED灯泡等应用尤为重要。

  

  图3:新颖的初级端稳流技术省去次级端控制,提供多种应用优势。

  安森美半导体应用初级端稳流技术的NCL3008x系列LED驱动器功能及优势

  安森美半导体的NCL3008x系列准谐振初级端电流模式控制器使用初级端稳流技术,为反激及非隔离降压-升压拓扑结构提供高精度的恒定电流,非常适合于LED照明应用。NCL3008x系列目前包括NCL30080、NCL30081、NCL30082和NCL30083。这些器件提供TSOP-6及Micro-8封装,还可根据客户需求提供SOIC-8封装。NCL3008x系列提供0.8至0.9甚至更高的功率因数,符合美国“能源之星”对输入功率大于5 W之灯泡功率因数高于0.7的要求。这些器件的引脚数量及功能不尽相同,分别针对不同的细分应用,详见表1。

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67