LED 技术推动了照明领域的一场革命。结合小型、低功耗、高可靠性和低成本,使得照明可以在不可能用白炽灯或荧光灯技术的地方实施。因此,LED 照明在办公室、家庭甚至在我们的车上激增。
 
目前固态照明方案的主要缺点不是 LED 本身,而是提供照明能量的电源。这些开关电源(SMPS)的预期寿命比 LED 短得多,这主要是因为它们所含的磁性元件和电解电容器的使用寿命。此外,含有风扇等有源冷却设备的开关电源尤其易受早期故障的影响。另一个缺点是 SMPS 通常体积庞大,是电磁干扰(EMI)的主要来源。考虑到它们的尺寸和通常有限的照明安装空间,它们不太可能与 LED 安装在相同的 PCB 上,因此需要互连和引线,这是另一个潜在的故障来源。
 
然而,电力技术和拓扑的最新进展包括交流直接驱动(DACD)电源方案的出现。这种新的方法完全无需传统的 SMPS,在成本、体积、使用寿命和可靠性方面提供多种优势 - 然而,并不是所有的 DACD 方案都是相同的。 
 
DACD 拓扑
所有 DACD 方案的共同之处是输入整流桥,使用经典的 4 个二极管配置,将 50/60 Hz 输入交流波形校正为 100/120 Hz 半正弦波。峰值幅值从 110 V 交流输入的 155 V 左右变化到 230 V 交流输入的 325 V,但原理保持不变。
 
用于 LED 驱动的 DACD 拓扑通常分为两种配置,每一种都各有优缺点。
 
图 1:典型的 DACD 拓扑及其主要的特点
 
这两种方法都支持采用单板方案,而不是 SMPS 方案所需的双板方案。分流型 DACD 采用单片集成电路,降低了物料单(BoM)成本。它还具有易于扩展的优点,但散热性能相对较差。
 
相比之下,旁路类型倾向于使用多个集成电路,因而导致更高的 BOM 成本。而这种方法更适合于需要许多 LED 串的应用。与分流法相比,虽然扩展性有限,但电气性能更好,总谐波失真(THD)通常小于 10%,而分流法为 30%左右。
 
虽然与传统的开关电源法相比,这些 DACD 法是个显著进步,但它们并不是驱动基于 LED 的现代应用的完全理想的方案。目前市场上有许多基于 IC 的 DACD 方案,但这些方案在稳压、散热性能、耐浪涌性能、调光能力和成本方面都可改进。
 
图 2:基本工作波形和电路图
 
图 2 显示了 DACD 方案的基本工作模式。当交流线路电压通过半正弦时,IC 内的开关指示电流(ILEDn)照亮每个 LED。但这种线性开关法有一个主要的缺点,即高 THD。
 
最新的好方法
最新的 DACD 方案之一是安森美半导体的 NCL30170。基于分流拓扑,它提供了前述的这种方法的所有优点,包括:是单个 IC 方案,具有较低的 BoM 成本和易于扩展功率。但这种新方案的一个独特特性是能够驱动多个外部 MOSFET 开关,从而支持连接多个 LED 串;NCL30170 是市场上首个能够这样做的产品。因此,功率可从 10W 扩展到 200 W,连接的 LED 串的总数和外部开关仅受最高功率水平的限制。 
 
图 3:NCL30170 是单输出、多串、分流 DACD 方案
 
在大多数应用中,尽管电源电压波动,但 LED 亮度保持不变是很重要的。通常,DACD 驱动器能够实现±10%的稳压 - 安森美半导体的新器件达到±1%,这是非常显著的提升,从而确保连接 LED 的持续光输出。
 
NCL30170 用一种专有的方法来调节电流,而不是用于传统 DACD 方案的线性方法。电压触发点保持不变,但以这样一种方式调节电流使其不再是一个阶梯形状,从而产生平滑的正弦波电流(如图 4 右图所示),导致低于 10%的极佳的 THD 水平。
 
Conventional Shunt Type:传统的分流类型
Stepped input current:阶梯式的输入电流
Sine input current:正弦输入电流
图 4:专有的电流平滑 / 整形提供平滑的正弦波形
 
除了极佳的 THD,NCL30170 还提供领先行业的功率因数校正(PFC)性能,超过 0.98。
 
有效调光的重要性 
在许多应用中,能进行 LED 调光很重要,可通过脉宽调制(PWM)技术(通常称为切相)或模拟控制来实现。PWM 提供宽范围的调光能力,但也有明显的缺点,包括闪烁,这已被证明会导致处于这种视线环境的人头痛。高电平的 PWM 调光也会导致室内应用中尤其不受欢迎的可闻噪声。
 
虽然许多 DACD 方案可调低到 10%,NCL30170 能够提供 5%的模拟调光,从而满足具有挑战性的现代应用的需要。该器件在整个调光范围内保持稳压,从而确保即使在低功率下,从 LED 发出的光仍然保持不变。
 
对于使用 TRIAC 的切相调光,NCL30170 强大的 PWM 性能确保基于它的照明方案非常适合于改装应用。
 
总结
LED 照明在当今照明方案中占很大比例。由于现代应用的低功耗、低成本和小尺寸要求,这比例将增长;用更加灵活和通用的 LED 照明改装旧的白炽灯装置也将是未来增长的重要推动力。
 
直到最近,SMPS 一直被用于为 LED 装置供电,但存在耐用性和使用寿命的问题,而且体积庞大,使在受限空间安装 LED 方案变得复杂和受限。
 
最近,DACD 已成为一种为 LED 串供电的可行技术。这项技术解决了 SMPS 的许多缺点,特别是耐用性和使用寿命、大小和成本,且未来将大大促进更多的 LED 照明装置。现在,如安森美半导体的 NCL30170 这样的器件有助