1W~500W LED通用照明解决方案选择要素

“这种电路可以采用传统的两段式结构，即有源非连续模式功率因数校正(PFC)电路加DC-DC PWM变换电路，如安森美的功率因数校正控制器NCP1607，NCP1607的外围电路非常简单并可以提供很好的性能。”郑宗前表示，“对于高效率、低成本和小体积的LED方案而言，值得推荐的是单段的PFC电路，它可以同时实现功率因数和隔离的低压直流输出，并具有显著的成本优势，必将成为中等功率LED照明的主流方案。安森美半导体的NCP1652 为实现单级的PFC电路提供了最优的控制方案。”

Alexander Sommer说：“对于要求在一个很宽的输入和/或负载范围内(如调光)具有效率和性能的25W-100W功率LED照明应用，建议采用带一个独立PFC级的准谐振反激式拓扑结构。典型地可实现高达90%的效率。”

100W以上应用包括主要道路和高速公路照明(这里需要高达20K流明或以上的亮度、以及250W的电源输入)和专业应用，如舞台灯光照明和建筑泛光灯照明。在高功率应用中使用LED的一个关键驱动力是可靠性和低功耗带来的低拥有成本。例如，其系统效率可与金属卤化物和低压钠灯相比。初始成本比较可能在短期内继续是该市场进入门槛。

郑宗前指出：“对于大于100W的LED应用，我们将采用传统的有源非连续模式功率因数校正电路和半桥谐振DC-DC 转换电路。我们推出了一种新型的集成控制器，它集成了有源非连续模式功率因数控制器和具有高压驱动的半桥谐振控制器。”

该半桥谐振控制器工作在固定的开关频率和固定的占空比，并且该电路不需要输出侧的反馈控制回路。这使得半桥谐振DC-DC 变换电路工作在效率最高的ZVS和ZCS状态。直流输出电压将跟随功率因数校正电路的输出。

Alexander Sommer强调：“对于100W以上的更高功率级LED照明应用，效率变得更加重要，建议使用LLC谐振拓扑结构，它可以实现90％以上的效率。我们建议你使用英飞凌新的8引脚器件ICE1HS01。”

不管LED照明系统的输出功率有多大，LED驱动器电路的选择都将在很大程度上取决于输入电压范围、LED串本身的累积电压降、以及足以驱动LED所需的电流。这导致了多种不同的可行LED驱动器拓扑结构，如降压型、升压型、降压-升压型和SEPIC型。

凌力尔特公司电源产品部产品市场总监Tony Armstrong指出：“每种拓扑结构都有其优点和缺点，其中，标准降压型转换器是最简单和最容易实现的方案，升压型和降压-升压型转换器次之，而SEPIC型转换器则最难实现，这是因为它采用了复杂的磁性设计原理，而且需要设计者拥有高超的开关模式电源设计专长。”

总而言之，终端产品的应用决定LED的拓扑结构，然后再根据LED的拓扑结构和输入电源再合理选择Buck、Boost、SEPIC、或Buck-Boost结构。“一般来说，25W以下选用Buck的较多。更大功率的则倾向于选择Boost结构。效率的话两者一般都可以做到85%以上，LT3755可以做到高达97%的效率。考虑驱动部分BOM成本的时候更应该考虑整体系统成本。”徐瑞包说，“随着竞争的加剧，时时会有更低BOM成本的方案，但不一定是最合适的。我们不建议按照这个标准设计产品。PCB面积主要受主要元件的控制，小功率的LED灯尽量采用集成度高的方案。大功率的方案要选用技术集成度高的产品，外围电路简单。此处讨论的都是指DC-DC的解决方案。”
模拟、PWM和TRIAC调光方案选择

LED调光解决方案及规范一直在不断变化，直到现在还未固定下来，所以现在市场上存在PWM、模拟及可控硅(TRAIC)三种调光方案。PWM和模拟方法是其中较简单的，但需要构建调光基础架构和新的调光控制器。

模拟调光方案的缺点是，LED电流的调节范围局限在某个最大值至该最大值的约10%之间(10:1调光范围)。由于LED的色谱与电流有关，因此这种方法并不适合于某些应用。

PWM调光方案则是以某种快至足以掩盖视觉闪烁的速率(通常高于100MHz)在零电流和最大LED电流之间进行切换。该占空比改变了有效平均电流，从而可实现高达 3000:1的调光范围(仅受限于最小占空比)。由于LED电流要么处于最大值，要么被关断，所以该方法还具有能够避免在电流变化时发生LED色偏的优点，而在采用模拟调光时这种 LED 色偏现象是很常见的。

SangCheol Her则看好TRIAC调光方案的市场前景，他表示：“可控硅(TRIAC，2线调光)将成为非常流行的解决方案，因为这种技术可以完全使用传统的系统而不需任何改变。而且，它还能够扩展为3线调光，以避免出现与低功率因数值相关的缺陷。”

TRIAC调光今天是业内非常热的一个话题，最初，TRIAC调光器是为白炽灯而设计的，但大多数用户希望相同的TRIAC调光器也能对替代的LED灯进行调光。梁后权表示：“Diodes Zetex目前可为客户提供全部的调光解决方案(包括PWM、模拟和TRIAC)。例如，ZXLD1362 LED驱动器用一个ADJ引脚来实现模拟和PWM调光，这就为客户带来了很大的设计灵活性。”

不过，郑宗前认为，市场上TRIAC调光器的应用方案应该只是过渡性的，长远来说，应该会用PWM调光。他说：“主要的三点决定性因素为：1）用PWM 调光从零到最光，都不会有闪烁的现象。2）性能会更好。因为调光输出功率采用了功率因数校正电路，这是配合全球对灯光采用功率因数有强制性的要求，虽然一般从25 W开始有这要求，但美国要求灯光从零瓦起已需强制性功率因数校正电路。如采用TRAIC调光将牺牲功率因数和增加了电路的复杂性。因此，采用PWM调光可以提供最好性能的选择，也是未来的趋势。3）成本会更好。用PWM调整占空比，不需要太多额外的控制电路成本。”

Alexander Sommer也看好PWM调光方案前景，他说：“与模拟调光方法相比，LED的PWM调光方法有以下优点：1）效率更高；2）不管调光程度有多大，允许LED一直在优化的和恒定的电流下工组；3）在整个调光范围内LED颜色色调保持一致(颜色色调像流明输出一样随LED工作电流而变化)。”

徐瑞包也坦率地说：“个人觉得，调制方式的选择不应该决定于LED的功率。而应决定于终端产品的应用要求。比如，显示背光或者LED装饰灯可能会选用PWM的调光方式，颜色一致性好，亮度级别高。但是对于一般的家用照明或者商业照明，模拟调光或者TRIAC也可以选择，不过会产生色偏，并且调光的级别会很低。”

梁后权也表示：“为了在连续调光时实现无闪烁，大多数客户喜欢选择PWM调光，因为它可提供更大的调光范围和更好的线性度。取决于你正在使用的调光频率，闪烁现象可以降到最小。模拟调光更容易实现，因为它只需要一个DC电压就可以无闪烁地对LED进行调光。但通常来说，调光范围要窄一些。”

对于由多个LED构成的大功率照明应用，确保每个LED具有均匀的亮度且不产生任何闪烁也成为了主要的设计障碍，但PWM方法很容易解决调光时的闪烁问题。“若PWM调制器的占空比能保持恒定，就应该不会存在灯光亮度不均匀的问题。”吴志民表示，“美国国家半导体的LED驱动器不但能确保输出的电流大小均匀，而且也确保画面有极高的光暗对比度。从这几方面来说，我们的LED驱动器都比市场上的同级产品更出色。”

Tony Armstrong指出，总之，最终用户所采用的调光方法在很大程度上将由LED本身的最终用途来决定。例如，在LED用于给显示器提供背面照明的汽车信息娱乐系统中，环境照明的亮度变化范围是非常宽的，既有阳光充足时的无比明亮，也有无月之夜的漆黑一片，可谓千差万别。由于人眼对于环境照明条件的轻微变化极其敏感，因此需要3000:1的宽调光范围。这将要求LED驱动器电路采用PWM调光方法。