中心議題：

• 美國國家半導體大功率長(cháng)壽命LED照明系統解決方案

解決方案：

• 使用PFC作為標準的升壓裝置
• 使用一次電源和動(dòng)態(tài)余量控制的多通道線(xiàn)性穩壓器

由于擁有更高的效率與更長(cháng)的使用壽命，LED的使用日益普及。因此，供電電源需要具有更高效率，至少要有與LED相同的使用壽命。美國國家半導體公司提出了一款解決方案，能夠確保效率達到90%并擁有超長(cháng)的使用壽命。

就THD（總諧波失真）而言，歐洲標準EN61000-3-2對功率損耗超過(guò)25W的照明裝置有嚴格限制。此外，這些照明裝置需要滿(mǎn)足功率因數要求。為此，需要包含有源PFC（功率因數校正），以確保輸入電流與輸入電壓吻合。

下文將討論LED驅動(dòng)器滿(mǎn)足這些要求的工作原理，并對AC/DC降壓轉換器如何高效地驅動(dòng)30只同串的高亮度LED進(jìn)行說(shuō)明。

此外，本文還將給出另外一種實(shí)現方法的結構示意圖，即采用隔離式AC/DC電源及一款具有動(dòng)態(tài)余量控制的LM3464。通過(guò)避免電磁干擾，該方案具有極高效率。

使用PFC作為標準的升壓裝置

LED正越來(lái)越廣泛應用于照明改造、工業(yè)照明、商業(yè)照明、街道照明以及其它眾多領(lǐng)域，其效率以及使用壽命已經(jīng)得以證實(shí)，為提供更高可靠性，它需要一個(gè)良好的電源以滿(mǎn)足其需求。我們的第一個(gè)方案是由兩級構成：一個(gè)前端PFC與一個(gè)LM3445 LED驅動(dòng)器。

圖一給出了結構框圖，該方案無(wú)需電流隔離并提高了工作效率?？傁到y效率更多地取決于A(yíng)C/DC隔離變壓器。反激式PFC雖然經(jīng)濟，但效率很難超過(guò)85%。在第一個(gè)方案中，在散熱裝置和LED之間使用絕緣膠層或陶瓷層進(jìn)行隔離，由于變壓器無(wú)須隔離，其效率變得更高。
該電源的主要目的是將整流AC輸入轉換為DC穩壓電流，以下是一個(gè)優(yōu)化示例，示意在350mA電流下如何驅動(dòng)功率達到35W的30個(gè)高亮度白光LED。該電源為L(cháng)ED提供了保護，限定了瞬態(tài)輸入電壓，并在熱插拔時(shí)避免了電流浪涌?？偟碾娫匆恢滦裕娫茨妇€(xiàn)諧波（EN），電源母線(xiàn)干擾，國際安全標準等）全部符合歐洲標準（EN）。

下面是一個(gè)使用鎮流器對35W的T8管進(jìn)行替換的示例，見(jiàn)圖2。在LED串開(kāi)路、短路或過(guò)載的情況下，可以保護鎮流器以免發(fā)生故障。它確保了任何元件都不會(huì )在故障下過(guò)熱或燒毀，以確保設計的穩定性。 鎮流器與T8的主要特點(diǎn)如下：
　　• 適用于歐洲輸入電壓范圍，但可以進(jìn)一步擴展到從85VAC?265VAC的更寬范圍。
　　• PF為0.98
　　• 輸出電流為350mA
　　• 輸出電壓為100V±20%（取決于LED VF）
　　• 母線(xiàn)諧波符合EN61000 - 3 - 2 C類(lèi)標準要求
　　• 電磁干擾（導電性）符合EN55022 標準要求
　　• 電磁干擾（輻射）符合現行EN55022 標準要求
　　• 效率為87%
　　• 符合現行安全標準要求
　　• 被動(dòng)冷卻方式
　　• 溫度范圍-20 ° C?+65 ° C
　　• 使用聚合物電容器延長(cháng)壽命
　　• 使用共享電流的3串90 LED LCW_G5GP-GX-6S的歐司朗T8管。
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第一級PFC

大多數基本的AC/DC電源在輸入線(xiàn)路中都會(huì )產(chǎn)生諧波失真且功率因數較差，因此很難滿(mǎn)足歐洲標準EN - 61000 - 3 – 2的要求。該解決方案使用PFC電路，使輸入電流波形與輸入電壓波形同樣為正弦波波形。

對于鎮流器產(chǎn)品，則符合歐洲EN - 61000 - 3 - 2C類(lèi)標準。該標準適用于所有的照明產(chǎn)品，包括有源輸入功率大于25W的調光設備。

PFC作為升壓轉換器，在臨界導通模式下運行。它提供了一個(gè)相對穩定的輸出電壓（380VDC），作為L(cháng)ED驅動(dòng)器輸入電壓。LED驅動(dòng)器作為恒定電流控制降壓轉換器，將更適用于整流輸入電壓。

由于LED驅動(dòng)器具有更高輸入紋波，在380 VDC環(huán)境中將用較小電容。由于故障率較高，為保持長(cháng)久的使用壽命，不允許使用電解電容器。

這種鎮流器使用EPCOS薄膜電容器來(lái)替代電解電容，根據內部指標對所有組件的額降值加以限定，這最大限度地減小了故障率，延長(cháng)了整個(gè)系統的使用壽命。

第二級是LED驅動(dòng)器，選用LM3445恒流控制器

LM3445是一個(gè)具有自適應恒定關(guān)斷時(shí)間的AC/DC降壓恒流控制器，兼容三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)（TRIAC）調光與脈沖寬度調制（PWM）信號。LM3445為大功率LED照明提供了恒定的電流值，調光解碼器允許更寬范圍的LED調光。

圖3 詳細地示意了LED驅動(dòng)器在一個(gè)完整交流電周期內Q3的漏源電壓和電流情況。

該周期可劃分為幾個(gè)不同階段，曲線(xiàn)如下：
　　1.閉合階段
　　2.導通階段
　　3.斷開(kāi)階段
　　4.斷開(kāi)階段，能量轉移至負載
該LED驅動(dòng)器采用恒定關(guān)斷時(shí)間控制，通過(guò)一串LED調節電流。當MOSFET導通時(shí)，通過(guò)電感器的LED電流增加，直到達到由參考電壓和電流檢測電阻限定的峰值為止。達到該峰值電流后，MOSFET關(guān)斷，同時(shí)二極管在Toff期間導通。

為驅動(dòng)更多的LED，進(jìn)行了一些改進(jìn)，包括成功串接了60只LED。在輸出功率為70W時(shí)，其總效率可達92%，通過(guò)并聯(lián)其他LM3445可以驅動(dòng)多串LED（每串30只），但將需要更多電纜，以連接LED 。


另一種方法如圖 4 所示 。其中主電源一側的輸出電壓低于60V，這符合UL1310標準Class 2對最高電壓的限制要求。當隔離系統中要求限定次級電壓時(shí)，唯一的選擇是多串LED。

在次級，LM3464是一款多通道LED驅動(dòng)控制器。作為線(xiàn)性穩壓器，每個(gè)LM3464最多可控制四個(gè)外部功率N-MOSFET，因此，能夠控制多串LED，而每串可串聯(lián)多達15個(gè)LED。

每通道最大的平均電流值可達500mA，圖 4 示意了LM3464如何控制絕緣AC/DC 初級離線(xiàn)電源，通過(guò)LM3464發(fā)出的指令可以對Vo動(dòng)態(tài)調整從而使通過(guò)每個(gè)線(xiàn)性穩壓器的電壓值保持最低。Vo的調節基準是參考電壓最高的LED串通道。即使每通道的驅動(dòng)電流達350mA，LM3464的功率效率也可超過(guò)95%。圖1和圖4的一個(gè)重要區別在于LM3464無(wú)需新的開(kāi)關(guān)頻率，這對于控制EMI而言極為重要，因為隨著(zhù)總功率的增加EMI會(huì )越來(lái)越難以控制，而 唯一的開(kāi)關(guān)噪聲來(lái)自于A(yíng)C/DC部分。

結論

本文討論了驅動(dòng)更多數量LED的不同方法。第一個(gè)解決方案使用PFC作為標準的升壓裝置以驅動(dòng)一個(gè)有隔離散熱裝置的LED串（30只） ，這對于需要多串多數量LED的設計工程師來(lái)講是一個(gè)極具吸引力的選擇。示例著(zhù)重于LED的更換，LED燈管的詳細信息可以根據需求提供。如果設計正確，除了高能效以外，LED燈管和鎮流器都有很長(cháng)的使用壽命。對于傳統的照明裝置來(lái)講，維護費用一直是一筆很大的開(kāi)銷(xiāo)，而使用LED燈管能將維護費用降至最低。

第二個(gè)解決方案使用一個(gè)一次電源和動(dòng)態(tài)余量控制的多通道線(xiàn)性穩壓器。工程師想給每串LED串配備一個(gè)專(zhuān)屬電源，但是在每個(gè)LED串中使用降壓調節器會(huì )出現問(wèn)題。對于他們來(lái)講，這個(gè)解決方案確實(shí)極具吸引力。該LM3464提供了一個(gè)體積更小，價(jià)格更便宜，使用更簡(jiǎn)單的選擇，同時(shí)保持高功率效率、高可靠性和極佳的電磁兼容性能（EMC）。