设计达人：可调光PFC LED专为驱动器LED灯泡及灯管设计
品慧电子讯常见隔离拓扑结构和与非隔离拓扑结果是LED照明中经常采用的两种拓扑，尤其在交流-直流（AC-DC）电源供电的驱动电路中。那么究竟他们会有怎么的区别呢？其设计结果如何？请看本文详细分析。
由于这两种拓扑结构有着不同的特点.如果将两者相比较，会发现非隔离拓扑结构的优势包括磁性元件尺寸更小、能效更高、元件数量更少、总物 料单成本更低，以及能以机械设计满足安规等，特别适用于内含驱动器的LED 灯泡及灯管应用，已成为此类LED照明趋势而大量被采用。而隔离拓扑结构则因安规需求较适用于驱动器与的LED 灯泡及灯管分开结构之照明应用。
NIKO-SEM 提供之LED 驱动器非隔离LED 驱动器系列，採峰值电流採样加平均电流採样双回授控制，因此能改善高功因应用中单一平均电流回授控制中不可调光之缺失，同时快速回授特性可避免输入电压变换控制延迟造成LED 过流毁损现象，可适用于多种非隔离LED 驱动高功因与传统非高功因应用方案。在传统纯电阻峰值电流採样做法时电感电流全部流经採样电阻，因为採样电阻上的峰值电压每顶到内部参考电压时皆会立即关闭功率电晶体，因此每个开关週期电感电流峰值都会相同，无法随输入电压正弦波振幅大小变化，功因也就无法有效提昇。
NIKO-SEM 在非隔离高功因降压驱动应用采用电阻并联电容的独特峰值电流採样方式，使流经电感上的电流能有效随输入电压正弦波振幅大小变化，进而达成高功因的目的。其塬理为 :电容电荷公式中，Q=CV = IT , 其中并联电容之Q(电荷)值、C(电容量)值以及V(採样电压)值皆为定值，电容电流I 会随导通时间T 的变动而变化，由于输入电压正弦波振幅越大时流经电感的电流斜率会变大，会较短导通时间顶到内部参考电压，所以输入电压正弦波振幅越大时，导通时间变越短，而电容电流I 会越大，同时电感电流亦越大，因此具有良好高功因的表现，调整採样电阻阻值则可随意改变LED负载电流大小。此外NIKO-SEM 之LED 驱动器提供一COMP 脚专门做输入电压以及输出负载变化补偿用，使LED 电流变化率得以控制在5%水準。
以下图1 为NIKO-SEM提供之典型全电压非隔离高功因BUCK架构LED 驱动电路。 在图1 中，电阻R3、电容C4 为峰值电流採样元件，串联于飞轮二极体D1 的电阻R4 为平均电流採样元件，作为当功率电晶体关闭时LED 负载电流的採样工作，电阻R4 的每个工作週期电压经过电阻R5、电容C5 积分成一平坦直流电压值，当LED 负载电流越大则电阻R5、电容C5 积分的电压值越高，同时，输入电压越高时电阻R5、电容C5 积分的电压值亦越高，藉此可补偿输入电压以及输出负载变化。此电压值于功率电晶体再度导通时叠加峰值电流採样电压，产生峰值电流採样加平均电流採样双回授控制，共同叠加的讯号VLD 以及峰值电流採样电压VCS 如图2 所示。双回授控制应用时优先设定平均电流採样电阻R4 阻值，公式为R4 = ILED / 0.25，然后再设定峰值电流採样电阻R3 阻值，公式为R3 = R4 / K，K=3.75。
图1 典型全电压非隔离高功因之BUCK 架构LED 驱动电路
图2 高功因之BUCK 架构LED 驱动电路电压电流波形12下一页>
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NIKO-SEM 提供之LED 驱动器系列恆流控制採用固定关断时间控制模式，因此在高功因应用可工作在CCM 或DCM 模式。在BUCK 应用中操作在CCM 模式比起CRM 模式有峰值电流较小以及高低输入电压下频率变化较小的优点，使得在高输入电压时导通损失以及交换损失较小，因此效率较高。此外操作在CCM 模式需要考虑的是高输入电压时产生之二极体逆向回復电流IRR 流经功率电晶体与飞轮二极体之间的导通损失，所以在电感感量设计时要考量最高电感电流之波谷电流量要小于0.1A 以下，以避免产生逆向回復电流IRR 损失影响整体效率，同时让功率电晶体以及飞轮二极体产生温度较高现象。
NIKO-SEM 提供之LED 驱动器系列在驱动功率电晶体方面採用的是源极驱动方式，搭配专利之IC 电源以交换工作模式，能有效降低IC 电源供电损失以及不需要额外辅助绕组及供电元件即可供应IC 电源正常工作，因此储能电感可採用价格低的工形电感即可。 在保护功能方面，NIKO-SEM 提供之LED 驱动器有过温保护、灯管短路保护以及灯管开路保护。灯管开路保护利用积纳二极体设定保护电压直接侦测LED 输出端电压，开路动作电压可设计接近于正常点亮之LED 端电压，因此LED 输出端之并联滤波电容不用採用较高额定电压，可降低电容成本与体积。
NIKO-SEM 提供之LED 驱动器系列在调光方面，包含有线性调光、脉波调光以及叁端双向可控硅开关元件(TRIAC)调光，以下图3 所示，为NIKO-SEM 提供之全电压TRAIC 调光非隔离高功因BUCK 架构LED 驱动电路方案。
图3 全电压TRAIC 调光非隔离高功因之BUCK 架构LED 驱动电路
NIKO-SEM 提供之LED 驱动器系列可支援多种应用方案提供非常高的能效，而且电路简捷，适合不同的中低功率LED 一般照明应用。NIKO-SEM LED 驱动器产品系列有N3201M 採SOT26 封装，N3201V 採SOP8 封装。内含高压MOSFET 则有N3101V、N3102V 分别内置1A 及2A 高压MOSFET，採SOP8 封装适用于8W以下LED 灯泡应用。此外NIKO-SEM 提供之LED 驱动器系列除BUCK 应用外尚可应用在其它非隔离之BOOST 以及BUCK-BOOST 拓朴，在隔离型拓扑则可应用在次级回授稳流(SSR)应用。
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