离线式LED驱动器电路设计

用离线电源给 LED 供电

能用离线式电源驱动 LED 就可使应用呈指数性地飞速增长，因为不管是商用建筑还是居民住宅中，这种形式的电源都可以非常便利地得到。虽然 LED 灯的更换附属装置相对简单，最终用户很容易安装，但是对 LED 驱动器 IC 的新要求却极大地提高了。由于 LED 需要一个良好调节的恒定电流源，以提供恒定的光输出，所以用 AC 输入电源为 LED 供电需要采取一些特殊的设计方法，要满足一些非常特别的设计需求。

在世界上的不同地区，离线式电源参数会存在差异，一般在 90VAC~265VAC 之间，频率则为 50Hz 至 65Hz。因此要制造面向全球市场的 LED 附属装置，最好拥有这样一种电路设计：无需修改就能使 LED 用在世界任何地方。这就要求单一 LED 驱动器 IC 能处理多种输入电压和频率。

此外，许多离线式 LED 应用需要 LED 与驱动电路之间实现电气隔离。这主要出于安全考虑，并且是几家监管机构要求的。电气隔离通常由隔离型反激式 LED 驱动器拓扑提供，该拓扑运用变压器来隔离驱动电路的主端与副端部分。

由于采用 LED 照明的驱动力是提供特定光输出量所需的功率可极大地降低，因此当务之急是：LED 驱动器 IC 要提供最高的效率。因为 LED 驱动器电路必须将高电压 AC 电源转换为较低的电压和良好调节的 LED 电流，所以 LED 驱动器 IC 必须设计为：提供高于 80% 的效率以不浪费功率。

而且，为了在住宅应用中常见的 TRIAC 调光器已经大量安装到位的情况下使 LED 花样翻新灯成为可能，LED 驱动器 IC 必须与这些调光器一起高效运作。TRIAC 调光器专为与白炽灯和卤素灯很好地配合工作而设计，这两种灯是理想的阻性负载。然而，LED 驱动器电路一般是非线性的，而且不是纯阻性负载。其输入桥式整流器在 AC 输入电压处于其正峰值和负峰值时通常吸收高强度的峰值电流。因此，LED 驱动器 IC 必须通过设计来“模仿”一个纯阻性负载，以确保 LED 在不产生任何明显闪烁的情况下正确起动，并利用一个 TRIAC 进行适当的调光。

就 LED 照明而言，PFC 是一项重要的性能规格。简言之，如果所吸取的电流与输入电压成比例且同相，那么功率校正系数为 1。由于白炽灯是一种理想的电阻性负载，所以输入电流和电压同相，且 PFC 为1。PFC 特别重要，因为它与本地电力供应商所需提供的电功率有关。也就是说，在一个电力系统中，与一个具有高功率因数的负载相比，在所传输的有用功率相同的情况下，一个具有低功率因数的负载吸取的更大电流。因为所需的电流较高，所以在配电系统中损失的能量也提高了，这反过来又需要更粗的导线和其他传输设备。较大的设备和能源浪费增加了成本，所以电力公司往往对功率因数较低的工业或商用客户收取较高的费用。针对 LED 应用的国际标准仍然处于开发之中，不过大多数人相信：就 LED 照明应用而言，将要求 PFC 》 0.90。

LED 驱动器电路 （包括大量的二极管、变压器和电容器） 的表现不像一个纯电阻性负载，故其 PFC 可能低至 0.5。为了将 PFC 提高到 0.9 以上，有源或无源 PFC 电路都必须设计到 LED 驱动器电路内。还应该提到的一点是，在采用几百个以上 50W LED 灯的应用中，高 PFC 尤其重要。在这种情况下，高 PFC （》0.95） LED 驱动器设计是有益的。

在照明应用中，能在较宽的输入线路电压、输出电压和温度变化范围内准确调节 LED 电流是至关重要的，因为 LED 亮度的变化必须是人眼难以察觉的。类似地，为了确保 LED 有最长的工作寿命，不使用高于其最大额定值的电流来驱动 LED 是很重要的。在隔离型反激式应用中，LED 电流的调节并不总是直接进行的，常常需要一个光耦合器来闭合所需的反馈环路，或者可能增加一个额外的转换级。然而，这两种方法都带来了复杂性和可靠性问题。幸运的是，有些 LED 驱动器 IC 的设计采用了新的设计方法，无需这些额外的组件或在不增加设计复杂性的情况下，就能准确地调节 LED 电流。

最后，要从白炽灯迅速向 LED 灯转变，最大的障碍是基于 LED 解决方案的成本和尺寸。消费者习惯于花不到 1.00 美元换一个 60W 白炽灯，花大约 3.00 美元换一个 CFL 灯。而花 30 多美元换一个 LED 灯，对消费者来说是一个很大的障碍。考虑到在 LED 的寿命期内电力成本和更换成本的降低，以这样的价格换一个 LED 灯确实有经济意义，但是消费者不习惯于这样联系起来看问题。总的来说，仓库、车库等支付大量照明电费的商业企业转向 LED 照明的速度就快得多，因为费用节省比较明显。随着作为替代型照明解决方案的 LED 灯购买费用的下降，将有更多的消费者愿意转向 LED 照明。

一种全新的解决方案

幸运的是有一种全新的解决方案，凌力尔特的 LT3799，可以解决这些离线式 LED 的所有驱动难题。该器件是一款具备有源 PFC 的隔离型反激式 LED 控制器，专门为在 90VAC~265VAC 的通用输入范围内驱动 LED 而设计。LT3799 以临界传导模式工作，最大限度地减小了外部变压器的尺寸。它非常适合于驱动功率从 4W 至数百瓦的多种 LED 应用。驱动高达 20W 的 LED 的整个电路如图 2 所示。这款特定电路可采用 TRIAC 进行调光，并且能够在 90VAC~265VAC 的通用输入范围内提供高达 1A 的 LED 电流，同时实现超过 86% 的效率 （见图 3）。稍微改变一下外部组件，这个电路即可进一步优化，以在 120VAC、240VAC 甚至 377VAC 或几乎任何常见 AC 输入的情况下使用。

LT3799 运用单级设计，整个 LED 驱动电路 （包括 EMI 滤波器） 仅需 40 个外部组件，从而使解决方案简单、占板面积紧凑且具成本效益。图 2 中 20W 电路的总尺寸仅为 30mm x 75mm，高度仅为 30mm，从而成为种类繁多的 LED 应用之理想选择。

图 1：采用了 LT3799 并具 PFC 和 TRIAC 调光能力的通用输入、隔离型反激式 LED 控制器电路

图 2：LT3799 在通用输入电压范围内的效率

图 3：具有源 PFC 的 LT3799 VIN 和 IIN 波形

结论

由离线式电源供电的通用 LED 照明应用市场出现了前所未有的增长，其背后的驱动力是对更高性能及具成本效益的照明应用之持续需求。然而，这些新涌现的性能要求必须使用新的 LED 驱动器 IC 才能满足。这些 LED 驱动器必须提供电气隔离、高效率、PFC 和 TRIAC 调光能力。此外，不管输入电压或 LED 正向电压如何变化，这些驱动器还必须提供良好调节的 LED 电流，以保持一致的亮度，同时提供多种保护功能以提高系统可靠性。这些 LED 驱动器电路还必须能构成非常紧凑及具成本效益的解决方案。幸运的是，现在已经有此类离线式 LED 驱动器了
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