改善LED驱动电路功率因数改善以及介绍NCP1014解决方案

设定输出电流Iout=630 mA则要求感测电阻RSENSE=0.85 Ω。感测电阻由4颗并联的元件R6、R7、R8和R9组成，选择R6和R7的阻值为1.8 Ω，选择R8的阻值为10 Ω，而让R9开路，从而产生约0.83 Ω的总感测电阻。

6) 功率因数控制

在本电路中维持高功率因数有赖于缓慢的反馈响应时间，仅支持给定输入电源半周期内反馈电平略微改变。对于这种电流模式的控制器件而言，最大峰值电流在半周期内几乎保持恒定。与传统反馈系统相比，这就改善了功率因数。电容C6提供慢速的环路响应，抑制NCP1014的内部18 kΩ上拉电阻及从反馈光耦合器晶体管消耗的电流。从经验来看，电容C6确定在22 μF至47 μF的范围之间。

7) 变压器

本LED驱动器要求的最低输入电压为90 Vac，相应的峰值为126 Vac，在输出功率Po=8 W、效率(η)=0.75及Vin=126 V的条件下，计算出的峰值电流Ipk=0.339 A。再使用100 kHz的开关频率(fSW)值，计算出初级电感(Ip)=1858 μH。

这个功率等级适合选择窗口面积(Ac)为0.2 cm2的E16磁芯。最大磁通密度设定为3 kG，可以计算出的初级匝数为105匝(T)。输出电压限制为22 V，用于开路事件下的保护。为了提供一些输出电压余量及降低占空比，输出电压值增加50%，达到33 V。次级最小匝数(Ns)将是约20匝。

NCP1014需要最低8.1 V的电压，使转换器工作时DSS功能免于激活。最低LED电压设计为12.5 V，初级偏置绕组匝数(Nb)为约13匝。

8) 开路保护

齐纳二极管提供开路保护。开路电压由二极管D8电压、电阻R4压降及光耦合器LED电压之和确定。所选择的齐纳二极管D8的额定电压为18 V。

9) 泄漏电阻器及滤波器

电阻R10及电容C10提供小型的放电通道，并为输出滤波。

10) 模拟调光

本参考设计包含一个可选的控制部分，这部分电路以模拟电流调节来调光。出于这个目的，可以增加电阻R12、R14、R15、二极管D9、晶体管Q2等元器件从及接往电位计R13的连接。本设计所选择的电阻R12的阻值为1 kΩ，调光电位计R13为10 kΩ，R14为820 Ω，R15为1 kΩ。

11) 电容寿命

LED照明的其中一项考虑因素是驱动器与LED应当具有相当的工作寿命。虽然影响电源可靠性的因素众多，但电解电容对任何电子电路的整体可靠性至关重要。有必要分析本应用中的电容，并选择恰当电解电容，从而提供较长的工作寿命。电解电容的可用寿命在很大程度上受环境温度及内部温升影响。本参考设计选择的电容是松下的ECA-1EM102，额定值为1000 μF、25 V、850 mA、2,000小时及85℃。在假定50℃环境温度条件下，这电容的可用寿命超过12万小时。

测试结果

相关测试数据是NCP1014LEDGTGEVB评估板在负载为4颗LED、工作电流约为630 mA条件下测得的，除非另行有申明。图3及图4是不同条件下的能效测量数据。图5显示的是不同线路电压条件下的功率因数。需要指出的是，输入电压在90 Vac至135 Vac范围内时，功率因数高于0.8，远高于“能源之星”的LED住宅照明应用功率因数要求。

图3：Vin=115 Vac、不同输出负载时的能效

图4：Pout=8.5 W、不同线路电压时的能效

图5：不同线路电压时的功率因数。

总结：

“能源之星”标准为固态照明提供了量化要求，使LED驱动器面临一些新的要求，如功率因数校正。这就要求新颖的解决方案来满足这些要求，同时还不会增加电路复杂性及成本。本文结合优化的NCP1014LEDGTGEVB评估板，介绍了安森美半导体的离线型8 W LED驱动器参考设计的设计背景、解决方案及设计过程，并分享了相关能效及功率因数测试结果，显示这参考设计提供较高的能效，符合“能源之星”固态照明标准的功率因数要求，非常适合这类低功率LED照明应用。