离线高功率因数LED驱动器设计

本文将介绍一项用于LED街灯等应用的28 V、3.3 A的离线高功率因数LED驱动器设计。这项设计基于NCL30001 LED驱动器及NCS1002恒压恒流控制器，采用90至265 V交流电压供电，提供最大90 W的输出功率，具有高功率因数，同时符合相关谐波含量标准，并能够配合脉宽调制(PWM)调光。

　　单段拓扑结构LED驱动器+次级端CVCC控制器组合

　　NCL30001是一种单段拓扑结构LED驱动方案，其灵活的特性非常适合应用于新的LED照明产品。这款采用单段集成功率因数校正(PFC)和隔离型降压交流-直流(AC-DC)电源转换的离线式LED驱动器省去了专用PFC升压段，可以减少元件数量，降低方案成本，配合提高LED电源系统总能效，用于LED街灯、低顶灯、外墙灯和建筑物照明等应用。

　　NCL30001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较低功率的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。

　　NCL30001控制器的其他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、闩锁输入，以及减少输入线路谐波的高精度乘法器。安森美半导体还提供这器件的隔离型单段功率因数校正LED驱动器评估板，用于要求直接恒流输出的40 W到100 W功率范围的应用。电流可在0.7 A至1.5 A之间调节，配合更宽范围的大功率高亮度LED。

　　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。

　　基于NCL30001和NCS1002的90 W演示板

　　90 W恒压恒流演示板可接受90至265 Vac的扩展通用输入电压(更换元件条件下可支持305 Vac)，提供0.7 A至1.5 A的恒定电流输出范围及30 V至55 V的恒定输出电压范围(可通过电阻分压器来选择)，最大输出功率90 W，支持50至1,000 Hz调光控制，并包含可连接至可选调光卡的6引脚接口，用于模拟电流调节/双亮度等级数字调光等智能调光应用。此外，这款演示板还提供短路保护、开路保护、过温保护、过流保护及过压保护等丰富保护特性。测试显示，这演示板在50 W输出功率、1,000 mA输出电压/48 V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，同时符合IEC61000-3-2 C类设备谐波含量标准。

　　图1：演示板顶视图

　　由于这种设计可以有标准NCL30001评估板(50V2A)相媲美的功率水平，电路原理的变化在于变压器的设计，以及基于NCS1002的恒定电流/恒定电压次级侧控制电路。图2所示为初级侧电路。这个设计的反激变压器源于原有设计的次级绕组，可以满足新的最高电压和电流要求。初级绕组所需的电感和整体结构基本上相同。277 VAC输入可以利用适当的额定电压来改变EMI输入滤波器的“X”和“Y”电容器。

　　图2：NCL30001 CVCC 90 W演示板初级侧原理图

　　使用NCL30001连续导通模式功率因数校正单段反激式控制器，可以实现高架、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。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Luminus Devices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。CSM360 LED在驱动电流为3.2A条件下标称正向电压为12.8 V，这取决于色温和光通量可以产生1600-3900流明。

　　次级侧控制电路如图3所示。在本设计中，输出电压是由一个电阻率确定的，输出电流也是基于一个电阻率设置的。因此，只有两个电阻需要改变：一个是输出电压分压器R34，另一个是电流设置电路的一部分的R32。此外，由于输出电压较低而输出电流较高，增加了输出电容，同时降低了电容器的额定电压。

　　图3：次级侧原理图