LED技術推動了照明領域的一場革命。結合小型、低功耗、高可靠性和低成本,使得照明可以在不可能用白熾燈或熒光燈技術的地方實施。因此,LED照明在辦公室、家庭甚至在我們的車上激增。
目前固態照明方案的主要缺點不是LED本身,而是提供照明能量的電源。這些開關電源(SMPS)的預期壽命比LED短得多,這主要是因為它們所含的磁性元件和電解電容器的使用壽命。此外,含有風扇等有源冷卻設備的開關電源尤其易受早期故障的影響。另一個缺點是SMPS通常體積龐大,是電磁干擾(EMI)的主要來源。考慮到它們的尺寸和通常有限的照明安裝空間,它們不太可能與LED安裝在相同的PCB上,因此需要互連和引線,這是另一個潛在的故障來源。
然而,電力技術和拓撲的最新進展包括交流直接驅動(DACD)電源方案的出現。這種新的方法完全無需傳統的SMPS,在成本、體積、使用壽命和可靠性方面提供多種優勢-然而,并不是所有的DACD方案都是相同的。
DACD拓撲
所有DACD方案的共同之處是輸入整流橋,使用經典的4個二極管配置,將50/60 Hz輸入交流波形校正為100/120 Hz半正弦波。峰值幅值從110 V交流輸入的155 V左右變化到230 V交流輸入的325 V,但原理保持不變。
用于LED驅動的DACD拓撲通常分為兩種配置,每一種都各有優缺點。
圖1:典型的DACD拓撲及其主要的特點
這兩種方法都支持采用單板方案,而不是SMPS方案所需的雙板方案。分流型DACD采用單片集成電路,降低了物料單(BoM)成本。它還具有易于擴展的優點,但散熱性能相對較差。
相比之下,旁路類型傾向于使用多個集成電路,因而導致更高的BOM成本。而這種方法更適合于需要許多LED串的應用。與分流法相比,雖然擴展性有限,但電氣性能更好,總諧波失真(THD)通常小于10%,而分流法為30%左右。
雖然與傳統的開關電源法相比,這些DACD法是個顯著進步,但它們并不是驅動基于LED的現代應用的完全理想的方案。目前市場上有許多基于IC的DACD方案,但這些方案在穩壓、散熱性能、耐浪涌性能、調光能力和成本方面都可改進。
圖2:基本工作波形和電路圖
圖2顯示了DACD方案的基本工作模式。當交流線路電壓通過半正弦時,IC內的開關指示電流(ILEDn)照亮每個LED。但這種線性開關法有一個主要的缺點,即高THD。
最新的好方法
最新的DACD方案之一是安森美半導體的NCL30170。基于分流拓撲,它提供了前述的這種方法的所有優點,包括:是單個IC方案,具有較低的BoM成本和易于擴展功率。但這種新方案的一個獨特特性是能夠驅動多個外部MOSFET開關,從而支持連接多個LED串;NCL30170是市場上首個能夠這樣做的產品。因此,功率可從10W擴展到200 W,連接的LED串的總數和外部開關僅受最高功率水平的限制。
圖3:NCL30170是單輸出、多串、分流DACD方案