单段隔离型功率因数校正LED驱动器
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15 vdc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48v dc、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。
图1 基于ncp1652a的单段转换器的完整原理图
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。
图2 基于ncl30001和ncs10002的90w演示板
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。
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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。
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图1 基于ncp1652a的单段转换器的完整原理图
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图2 基于ncl30001和ncs10002的90w演示板
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