基于隔离式LED驱动电源系列方案

1 引言
在全球能源短缺、环保要求不断提高的背景下，世界各国大力发展绿色节能照明，LED照明作为一种革命性的节能照明技术，正在飞速发展。然而，LED驱动电源的要求也在不断提高。高效率，高功率因数，安全隔离，符合EMI标准，高电流控制精度，高可靠性、体积小、成本低等成为LED驱动电源的关键*价指标。
2  LED驱动电源的具体要求
虽然目前国内还没有完善的LED驱动电源标准，然而产业的飞速发展使得LED驱动电源的要求在不断提高。LED是低压发光器件，具有长寿命，高光效，安全环保，方便使用等优点。对于市电交流输入电源驱动，隔离输出是基于安全规范的要求。LED驱动电源的效率越高，则越能发挥LED高光效、节能的优势。同时高开关工作频率，高效率使得整个LED驱动电源容易安装在设计紧凑的LED灯具中。高恒流精度保证了大批量使用LED照明时的亮度和光色一致性。
BCD半导体制造有限公司(简称BCDSemi)专注于电源管理集成电路产品的设计研发、工艺制造和销售。针对LED驱动电源的特殊要求，BCD公司推出了一系列高性价比的覆盖中小功率应用解决方案。
3  10W以下功率LED灯杯应用方案
目前10W以下功率LED应用广泛，众多一体式产品面世，即LED驱动电源与LED灯整合在一个一体式的灯具中，方便了用户直接替代白炽灯和节能灯。典型的灯具规格有GU10,E27,PAR30等。
BCD公司针对这一应用，推出的方案电路原理图如图1所示。

该方案具有以下特点：
基于BCD原边控制芯片AP3766，无需光耦和副边电流控制电路，实现隔离恒流输出；
高效率，典型5W应用效率大于80%，空载功耗小于30mW；
恒流精度高，满足全输出电压范围内输出电流误差小于5%；
元件数量少，体积小，整个电路可以安装在常用规格灯杯中；
安全可靠，隔离输出，具有输出开路保护，过压保护及短路保护功能；
功率开关管采用三极管，系统成本低。
图2为该方案5W应用电路样机实物照片。图3为基于AP3766的5WLED驱动电路满载效率随交流输入电压变化曲线。图4为基于AP3766的5W LED驱动电路满载输出IV特性曲线。


AP3766为BCD最新推出的LED专用驱动芯片，采用原边控制方式，仅需0.6μA的启动电流，低于30mW待机功耗同时实现了高效率输出，电流控制精度高，工作频率可高达120kHz, 周边元件少，SOT-23-5封装满足小体积要求。

4  10W到60W功率LED路灯、LED直管灯应用方案
IEC国际电工委员会对照明灯具提出明确的谐波要求，即IEC61000-3-2标准。因此，对于较大功率LED照明应用，采用功率因数校正（PFC）控制技术成为必需。 对于60W以下应用，BCD推出高性价比单级PFC控制方案，该方案电路原理图如图5所示。

该方案具有下述特点：
高功率因数，采用有源功率因数校正控制芯片AP1661，功率因数PF>0.9；
恒流精度高，输出电流误差<3%；
高效率，满载效率高达90%；
单级PFC方案，只用一级反激式电路拓扑，同时实现功率因数校正和隔离恒流输出，元件数量少，体积小，性价比高；
安全可靠，隔离输出，具有输出开路保护，过压保护及短路保护功能。
图6为该方案60W应用电路样机实物照片。

表1  基于AP166+AP4313的60W LED驱动电路样机主要性能测试结果

AP1661是一款工作于临界导通模式下的有源功率因数校正控制芯片，可广泛应用于开关电源、LED驱动和电子镇流器的预调整变换器的控制。该芯片内部包括一个启动定时器可满足待机应用要求，一个单象限乘法器实现接近于1的功率因数和一个零电流检测模块确保临界断续方式工作。AP1661的图腾柱驱动输出能够为外部MOSFET或IGBT提供最大600mA驱动电流和800mA关断电流能力。采用了先进的双极型互补金属氧化物半导体设计和制造工艺，AP1661具有低启动电流，低工作电流和低功耗的特点。AP1661同时具有完善的保护功能，包括过压保护、带有滞后的输入欠压锁定和乘法器输出嵌位以限制开关最大峰值电流。
5  60W到150W大功率LED路灯应用方案
在户外照明部分，中国每年路灯市场需求量都在2,000万盏以上，中国城市改造、城镇建设、住宅建设及道路建设对于大功率、高亮度、节能的LED路灯产品的市场需求是极其庞大的。
在更大功率应用条件下，单级PFC电路难以同时兼顾PFC预调整和反激电路输出恒流调整性能，这时需要采用2级电路架构实现这一目标。BCD推出PFC+PWM 2级架构电路拓朴方案，该方案电路原理图如图7所示：

该电路采用Boost PFC + Flyback两级拓扑结构，控制芯片采用BCD公司高性价比PFC控制芯片AP1661,PWM控制芯片AP3102和副边恒流控制芯片AP4310。该电路方案的优点是输入输出电容小、输出纹波小、隔离输出、功率因数高、电流精度控制在2%以内、可靠性高。
图8 为该方案90W应用电路样机实物照片。图9为90W样机满载效率测试结果。


6 结语
本文简要介绍了BCD公司最新推出的LED驱动电源系列方案，覆盖了150W以下常用功率等级应用。具有方案新颖、元件数少、体积小、成本低、性价比高的优点，可以全面满足LED驱动电路的效率、功率因数、安全隔离、EMI、电流控制精度、可靠性等要求。