安森美半导体用于LED灯泡等的NCL3008x高能效初级端稳流方案
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。
ncl3008x系列的关键优势包括：
1） 一流的初级端稳流精度。由于初级端稳流精度高，能够补偿线路输入电压变化，不受常规变压器制造差异影响，可简化led的选择（无须使用过高规格/过高成本的元件来满足流明输出要求），能支持2:1输出正向电压变化（无须对led进行编码，可将一个驱动器设计用于多种产品，且在led性能提升后还能使用相同的驱动器）；
2） 采用准谐振模式工作以提供高能效，仅产生少量电磁干扰（emi）；
3） 提供强固的保护特性，如过压保护/led开路保护、次级端二极管短路保护、过热关闭、输入欠压保护、软启动、短路保护、短路电流感测、提供闩锁及自动恢复版本等。
4） 灵活的产品系列。提供不同功能组合，配合用户不同应用需求。
表1：安森美半导体ncl3008x系列产品概览
这些器件中，ncl30080是简单及低bom成本版本，ncl30081则增加了5步准对数调光功能。ncl30082具备热反走/过压保护及模拟/数字调光功能，还增加了5步准对数调光及软启动功能。
图4：ncl30081和ncl30083增加了5步准对数调光功能。
基于ncl3008x系列的a型灯led驱动器参考设计示例
安森美半导体开发了基于ncl3008x系列的多种led a型灯参考设计。测试显示，这些设计提供高稳流精度、高功率因数及高能效。
1） 基于ncl30082b1的初级端反馈、高功率因数、triac可调光a型灯led驱动器设计
图5
2） 基于ncl30080的初级端反馈、反激拓扑结构a型灯led驱动器设计
图6
3） 基于ncl30082/3的初级端反馈、分步调光、反激a型灯led驱动器设计
图7
总结：
安森美半导体针对交流供电led照明应用开发了专有的初级端恒流控制技术，并应用在ncl3008x系列目前已有的4款高能效谐振模式初级端控制器上。这系列产品提供多种应用优势，能够帮助设计减少元件数量、节省电路板空间、提升能效、简化led选择及提供高能效，且提供优化的功能组合，以应对客户不同应用需求。
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