符合“能源之星”固态照明要求的离线高功率因数TRIAC调光LED驱动器参考设计

低功率LED通用照明应用隔离型高功率因数LED驱动器方案佚名
【期刊名称】《电源世界》
【年(卷),期】2012(000)010
【摘要】针对低功率AC-DCLED通用照明应用，介绍了单段式隔离型高功率因数驱动器NCL30000的性能特点，并分析了NCL30000如何配合相关要求。

【总页数】3页(P37-39)
【正文语种】中文
【中图分类】TM923
【相关文献】
1.符合“能源之星”固态照明要求的离线高功率因数TRIAC调光LED驱动器参考设计 [J],
2.低功率LED通用照明应用隔离型高功率因数LED驱动器方案 [J],
3.一种高功率因数低输出纹波LED驱动器 [J], 王楠;许建平;刘雪山
4.符合“能源之星”固态照明要求的离线高功率因数TRIAC调光LED驱动器参考设计 [J],
5.离线式LED照明得以简化：高功率因数、隔离型LED驱动器无需光隔合器并可兼容TRIAC调光器 [J], Wei Gu
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绿色科技图３：台有电感与电容滤波器的ＴＲＩＡＣ调光器内部来降低负载功率。

此方法对于白炽灯的电阻负载很有帮助，但却会破坏到其他种类的负载。

采用ＴＲＩＡＣ调光器的可调光ＬＥＤ潜在问题使用ＴＲＩＡＣ调光器在传统的直流／交流功率转换器中．并不会出现照明设备的阻尼与电流维持效应。

因此许多荧光灯与ＬＥＤ的驱动器上都有标明“无法与调光器一起使用”。

‘图４所示为传统直流／交流切换模式的ＬＥＤ驱动器。

位在输入端及中间端的ＥＭＩ滤波器．是用来抑制由切换模式的功率转换器所产生的导体噪声，以防被其他的电子器件所干扰。

许多价格低廉的交流／直流ＬＥＤ驱动器能直接校正交流信号．并供应脉；中值流信号给大容量电容，让功率转换器能拥有稳定的直流电压。

若切换模式的功率无法表现出纯电阻特性时，将无法与ＴＲＩＡＣ调光器产生作用。

如此一来可能会发生以下的潜在问题：１）ＬＥＤ会在极低导通角下闪烁由于ＴＲＩＡＣ通过零交点时处于关闭状态．传统的交流／直流切换模式ＬＥＤ驱动器会关闭，同时无法驱动ＬＥＤ的负载。

因此．如图５所示．ＴＲＩＡＣ调光器在极低导通角的状况下．人眼将会辨识出ＬＥＤ负载在两倍频率（如１００Ｈｚ／１２０Ｈｚ）下的短开启时间，造成眼睛看的出闪烁效果。

２）在输入滤波器电容翊的电压有明显的上升如图３所示．传统ＴＲＩＡＣ调光器包含了一组ＥＭＩ抑制电容（电容值范围在１０。

１００ｎＦ）．此电容并联连接到ＴＲＩＡＣ，产生大量的电流流进输入滤波器电容中，导致调光器在关闭状态下，输入电容的电压值突然上升；并由于过应力效果的关系，导致输入滤波器电容遭到破坏。

３）没有足以维持ＴＲＩＡＣ导通的电流根据机械继电器的“信号遗失”或”保证释放”现象，可以了解要让ＴＲＩＡＣ维持在开始状态的最低要求，就必须维持电流。

如前所述，许多交流／直流ＬＥＤ驱动器都适合采用桥式整流器。

电流只在电压峰值出现时的一小段时间内出现，而在每个半周期的其２０１０．０４／电子与电脑＿—一３７绿色科技圈７：使用ＴＲＩＡＣ可调光ＬＭ３４４５ＬＥＤ取代装置的原理与内部方块圈此时的ＴＲＩＡＣ处于关闭状态．分压ＭＯＳＦＥＴ被切换到稳压器上会串连着一组小负载（２３０ｏｈｍ）。

能源之星LED光源灯具标准最终版本能源星？计画需求为整体引导灯Partner Commitments合伙人承诺Eligible Organizations:有资格的组织：Manufacturers and Distributors of Integral LED Lamps整体的制造业者和经销商引导了灯Commitment承诺The following are the terms of the ENERGY STAR Partnership Agreement as it pertains to the当它属于时，下列各项是能源星合伙协议的期限这manufacturing and/or distributing of ENERGY STAR qualified integral LED lamps.制造以及／或被取得资格整体的能源星的分配引导了灯。

The ENERGY STAR能源星PARTNER1 (PARTNER) must adhere to the following program requirements:PARTNER1(合伙人）一定遵守下列的计画需求：？？？？？？？Comply with current ENERGY STAR Eligibility Criteria, defining the performance criteria that must遵从现在的能源星适任标准，定义表现标准哪一一定be met for use of the ENERGY STAR certification mark on product packaging and the testing 在产品包装和测试上被为使用能源星遇见证明标志criteria for integral LED lamps.对整体的标准引导了灯。

The U.S. Environmental Protection Agency (EPA or The Agency), at美国环保署（环保署或代理商）, 在its discretion may conduct tests on products that are referred to as ENERGY STAR qualified 它的慎重可能在被称为能源星取得资格的产品上引导测试through the third-party testing portion of the criteria.通过第三者标准的测试部分。

离线高功率因数TRIAC调光LED照明驱动器设计据国际能源署(IEA)估计，全球消耗的电能中有19%是用于照明。

因此，近年来，世界各国纷纷致力于以更高能效的方案来替代低能效的白炽灯光源。

而随着发光二极管(LED)在流明输出及光效方面持续快速进步，同时，平均每流明光输出的成本也在下降，再结合LED在高指向性、长寿命和低维护成本等方面的优势，LED照明(也称固态照明，或SSL)成为一种极为引人注目的替代解决方案。

 1、设计途径：采用单段式方案提供高功率因数 要实现高功率因数、电源能效目标及紧凑的尺寸，有必要使用高功率因数的单段式拓扑结构。

由于功率目标较低，传统的两段式拓扑结构(PFC升压+反激转换)就无法满足要求了。

因此，我们使用了基于安森美半导体NCL30000临界导电模式(CrM)反激控制器的CrM反激拓扑结构。

 单段式拓扑结构省下专用的PFC升压段，帮助减少元器件数量，降低系统总成本。

但采用单段式拓扑结构，系统也会受到一些影响，如无初级高压能量存储，输出电压保持时间较短。

另外，输出纹波较高，必须采用更多的低压输出电容来满足维持要求，及对动态负载反应较慢等。

有利的是，这对众多LED照明应用而言不构成问题，因为LED照明应用无系统维持时间要求，而且纹波汇入平均光输出，人眼不会察觉。

 设计针对高功率因数(PF>0.95)有利于轻松符合SSL灯具的商用照明要求，并使输入电流波形看上去象是电阻型载的波形。

这对兼容TRIAC调光非常重要，因为TRIAC调光器原本用于白炽灯，而白炽灯在电路中的作用就象是电阻，即充当电阻型负载。

用示波器截取的波形显示，优化设计的单段式CrM 反激电源的基本电流波形与输入电压波形保持同相。

不同功率等级的LED照明驱动方案介绍
中心议题：
 ●线性恒流稳压器驱动LED
 ●电感型转换器驱动LED
 ●可使用TRIAC调光的LED驱动方案
 ●LED日光灯驱动方案
 ●LED路灯照明解决方案
 凭借着节能、高效、长使用寿命等优势，LED照明成为当下异常火热的一个领域。

欧美、日本各国纷纷出台政策支持LED照明的发展。

LED照明的发展催生了LED驱动器巨大的市场需求。

本文将按照电流的等级来介绍几种用于不同领域的LED照明驱动方案。

 市场上典型的LED驱动器包括两类，即线性驱动器和开关驱动器；大概的适用范围见图1。

如电流大于500mA的大电流应用采用开关稳压器，因为线性驱动器限于自身结构原因，无法提供这样大的电流；而在电流低于200mA 的低电流应用中，通常采用线性稳压器或分离稳压器；而在200至500mA的中等电流应用中，既可以采用线性稳压器，也可以采用开关稳压器。

 开关稳压器的能效高，且提供极佳的亮度控制。

线性稳压器结构比较简单，易于设计，提供稳流及过流保护，且没有电磁兼容性(EMC)问题。

 图1 LED驱动器分类
 线性恒流稳压器
 在低电流LED应用中，电阻型驱动器尽管成本较低且结构简单，但这种驱动器在低电压条件下，正向电流较低，会导致LED亮度不足，且在负载突降。

TRIAC调光LED驱动问题分析解决方案（）对于TRIAC调光LED灯泡，目前最大的问题是在于调光器的兼容性。

由于传统TRIAC调光器是配合数百瓦白炽灯使用的，而LED灯泡通常小于20W ，所以调光器的维持电流在应用于LED灯泡时可能不足，这时TRAIC调光器将关断，导致LED灯闪烁。

先复习下可控硅。

可控硅是可看作1个PNP和1个NPN复合在一起的。

当栅极施加电压使BG2导通，产生基极电流Ib2,放大后输入到BG1的基极做BG2输入，再放大做BG2的基极输入电流，可见这是个正反馈过程，很小的控制电流可使可控硅迅速饱和。

但是当外加电路限制流过可控硅的电流非常小时，BG1和BG2就不能饱和导通，失去正反馈效应，小到一定程度时可使可控硅关断。

这个电流就叫维持电流。

可控硅从截止到导通的电流叫擎柱电流，这个电流一般是维持电流的2-3倍。

在照明应用中，通常使用双向可控硅。

下图是可控硅用于白炽灯调光简单电路，电位器POT1和电阻R1、R2 与电容C2构成移相触发网络，当C2的端电压上升到双向触发二极管D1的阻断电压时，D1击穿，双向可控硅TRIAC被触发导通，灯泡点亮。

调节POT1 可改变C2的充电时间常数，TRAIC的电压导通角随之改变，也就改变了流过灯泡的电流，结果使得白炽灯的亮度随着POT1的调节而变化。

POT1上的联动开关SW1在亮度调到最暗时可以关断输入电源，实现调光器的开关控制。

图1是TRAIC调光器接入灯的电路简图，图2是调光器正常工作时通过调光器后的电压，图3是维持电流不足时调光器后的电压。

添加一个如下图所示的无源泄放电路是保持一定的维持电流最简单的办法。

如果Cb较小，可能使流过TRIAC调光器的电流很小，从而导致调光器关断，引起闪烁。

但是过大的Cb将导致PF变低，Rd中消耗的功率变大。

Rb的选取也很关键，太大或太小的Rb都可能导致调光器关闭。

过大的Rb限制了促发瞬间流过可控硅的电流，如果小于擎柱电流则出现闪烁。

TRIAC调光LED驱动器设计关键词：LED 驱动器交流硅控闸流体 TRIAC 调光器作者：孙中华，恩智浦半导体资深应用工程师随着LED技术在各种领域的快速发展，譬如城市照明、饭店、商场照明以及居家照明市场，在不久的将来，LED照明产品将成为多数用户的首选，可以设想LED照明即将改变每个人的生活，从而掀起一场照明设计革命。

当然，提到LED照明时，就会想到‘交流硅控闸流体’(TRIAC)调光LED技术。

也许很多工程师会质疑：为什么LED灯要采用这种高应用价格且设计复杂的TRIAC呢？其实，这是因为对于调光白炽灯的需求所引起的。

过去人们根据环境变化和个人喜好自由调节灯光亮度，同时还要减少用电消耗，如美国和欧洲的家庭大多都已配置调光器了，因此，当LED灯要取代传统调光白炽灯时，就必须兼顾原本已安装调光器的家庭用户，让用户感觉使用LED灯也像用白炽灯一样，可以随意调整亮度，而且调光过程也不会出现任何异常。

本文将讨论设计TRIAC调光LED驱动器设计时要注意的环节，并实际设计一款具高功率因子、高兼容性的LED驱动器作为例子。

调光器原理调光器在各个国家销售的种类繁多，价格也相差几倍到数十倍不等，如果从调节形式区分，可分为按压式和旋钮式调光器，数字控制和触控式调光器。

绝大多数调光器的控制原理主要分为前切式(leading edge)和后切式(Trailing edge)调光器。

图1是美国Lutron公司前切式调光器的内部原理图，U2是双向TRIAC，C2、R2、R3、R5、R4组成分压回路，透过电阻器R5来调整TRIAC U2触发极的开启角度。

当可变电阻R5从3奥姆到80K奥姆变化时，通过TRIAC的电压导通角也相对由130度移到90度，图1有其模拟波形图。

调光器内主要关键组件就是TRIAC U2，不同型号的调光器拥有不同输出功率和工作特性。

因此，在实际设计调光LED驱动器时，困难之处在于如何提高驱动器的兼容能力，以满足不同TRIAC的工作要求。

能源之星固态照明灯具认证计划能源之星固态照明灯具认证计划（V 1.1）于2008.12.19 发布，2009.2.1生效1. 范围用于一般照明的固态照明产品（SSL），其中包括具显著照明功能的装饰类产品。

既适用于商业领域的产品，也适用于住宅用产品。

仅适用于被设计连接至电力网（electric power grid）的产品。

下列产品除外：指示用的SSL，如交通灯和出口标志；专供装饰的产品；用于改进现有设备的产品。

2. 通用要求(1) 所有灯具灯具要求相关色温（CCT）标称CCT CCT （k）2700 k2725±1453000 k3045±1753500 k3465±2454000 k3985±2754500 k4503±2435000 k5028±2835700 k5665±3556500 k6530±510色空间均匀度视角的改变的色度变化，必须位于从CIE 1976(u',v')色度图的加权平均点(Weighted Average Point)的0.004以内色彩维护产品生命期间的色度变化应不超过CIE 1976(u',v')色度图上的0.007显色指数（CRI）户内灯具不小于75关闭状态功率（Off-state Power）关闭状态时不得消耗功率；但具控制传感、移动传感、光控或便携式灯具除外，其在关闭状态时的电消耗不得超过0.5瓦保证书必须提供最低3年内对有缺陷的电子部件进行维修或替换的保证书；对于住宅用品，书面保证书应包括在产品包装上热管理灯具制造商应遵守封装制造商有关热管理的指南、认证程序和检测程序(2) 模块/阵列（Modules/Arrays）LED 光源的流明维护系数：在合格的灯具中使用的LED封装/模块/阵列至少应维持初始流明的70%，并需满足以下的最低使用时间：住宅户内：25000小时住宅户外：35000小时所有商业用途：35000小时(3) 户外灯具大于13瓦的墙上使用的户外灯具须包含一体式的感光开光，保证白天灯具自动关闭。

LED照明驱动电源方案选择指南解决方案：•不同功率AC-DC供电LED通用照明应用要求及方案•不同功率DC—DC供电LED通用照明应用要求及方案•特别适合低电流LED照明应用的线性恒流稳流器•LED照明解决方案周边元器件本文旨在探讨LED通用照明市场不同功率范围及不同电源供电应用的要求，以及适用的LED驱动器及相关元器件，帮助照明设计工程师尽择适合的元器件方案，加快上市进程.不同功率AC—DC供电LED通用照明应用要求及方案不同功率的交流—直流(AC-DC）LED照明应用所适合的电源拓扑结构各不相同。

如在功率低于80 W的应用中，反激拓扑结构是标准选择；而在讲究高能效的应用中，谐振半桥双电感加单电容（HB LLC)是首选。

安森美半导体提供覆盖宽广功率范围的AC-DC LED照明方案,表1列举了几种典型的安森美半导体AC—DC LED照明方案.表1：安森美半导体典型AC—DC LED通用照明解决方案。

从应用的功率等级来看,AC—DC供电的LED通用照明应用包括低功率、中等功率和大功率等不同类型。

低功率应用的功率范围通常在1到12 W之间，中等功率涵盖8到40 W范围,大功率应用的功率常高于40 W。

1)1 W至8 W LED通用照明应用要求及方案在1 W到8 W的低功率LED通用照明方面，典型应用如G13、GU10、PAR16、PAR20和嵌灯等.这类应用的输入电压范围在交流90至264 V之间，恒流输出电流包括350 mA和700 mA两种，能效要求为80％,并要求提供短路保护和过压保护等保护特性.在这类应用中，可以采用安森美半导体的NCP1015自供电单片开关控制IC。

这器件集成了固定频率(65/100/130 kHz）电流模式控制器和700 V的高压MOSFET,提供构建强固的低成本电源所需的全部特性,如软启动、频率抖动、短路保护、跳周期、最大峰值电流设定点及动态自供电功能(无需辅助绕组）等.值得一提的是,NCP1015在1 W到8 W LED照明应用中，既可以用于隔离型方案,也可用于非隔离型方案，满足客户的不同应用需求。

带TRIAC调光的LED驱动电源电路设计
本文设计原边控制的单级反激变换器，适于TRIAC 调光且与LED 驱动器兼容的驱动方案。

输出电流由原边检测的信号精确地计算控制，在
DCM 模式下操作转换器，输入电流将跟随输入电压得到高功率因数，使LED 驱动器与TRIAC 调光器很好地兼容。

此外，使用原边控制，使得输出电流信号和TRIAC 调光信号在原边获得，简化电路功能。

输出电流通过TRIAC 导通角的变化改变，得到近乎线性的调光曲线。

由于TRIAC 调光很普遍，成本较低，因此，能够与LED 驱动电源兼容的TRIAC 调光器很普遍。

在实际应用中，尽管由于输入电流高度扭曲使得功率因数无关紧要，但在带PFC 控制的调光中，使输入电流跟随输入电压仍具有意义。

本文的控制方案使输入电流跟随电压变化，得到较高的功率因数。

TRIAC 调光功能可以很容易实现，关键是如何检测调光角和改变基于调光角的输出电流。

单级反激PFC 变换
为得到较高的功率因数，反激变换器通常用于DCM 或CRM 模式。

原边控制的反激变换控制原理
电路设计及实现
针对TRIAC 调光中出现的尖峰电流及LED 灯闪烁问题，在电路中设计无源泄放电路和有源阻尼电路，主功率拓扑采用单级反激变换电路，工作于电流断续模式。

电路
电路主要包括：无源泄放电路，有源阻尼电路，控制电路，单级反激变换电路。

其中控制电路选用飞兆半导体的控制芯片FL7730。

FL7730 是一款适合于单级反激拓扑的有源功率因数校正控制器，采用模拟检测方式，可兼容传。