中心議題：
- 美國國家半導體大功率長壽命LED照明系統解決方案
解決方案：
- 使用PFC作為標準的升壓裝置
- 使用一次電源和動態余量控制的多通道線性穩壓器
由于擁有更高的效率與更長的使用壽命，LED的使用日益普及。因此，供電電源需要具有更高效率，至少要有與LED相同的使用壽命。美國國家半導體公司提出了一款解決方案，能夠確保效率達到90%并擁有超長的使用壽命。
就THD（總諧波失真）而言，歐洲標準EN61000-3-2對功率損耗超過25W的照明裝置有嚴格限制。此外，這些照明裝置需要滿足功率因數要求。為此，需要包含有源PFC（功率因數校正），以確保輸入電流與輸入電壓吻合。
下文將討論LED驅動器滿足這些要求的工作原理，并對AC/DC降壓轉換器如何高效地驅動30只同串的高亮度LED進行說明。
此外，本文還將給出另外一種實現方法的結構示意圖，即采用隔離式AC/DC電源及一款具有動態余量控制的LM3464。通過避免電磁干擾，該方案具有極高效率。
使用PFC作為標準的升壓裝置
LED正越來越廣泛應用于照明改造、工業照明、商業照明、街道照明以及其它眾多領域，其效率以及使用壽命已經得以證實，為提供更高可靠性，它需要一個良好的電源以滿足其需求。我們的第一個方案是由兩級構成：一個前端PFC與一個LM3445 LED驅動器。
圖一給出了結構框圖，該方案無需電流隔離并提高了工作效率。總系統效率更多地取決于AC/DC隔離變壓器。反激式PFC雖然經濟，但效率很難超過85%。在第一個方案中，在散熱裝置和LED之間使用絕緣膠層或陶瓷層進行隔離，由于變壓器無須隔離，其效率變得更高。
圖1，結構圖
該電源的主要目的是將整流AC輸入轉換為DC穩壓電流，以下是一個優化示例，示意在350mA電流下如何驅動功率達到35W的30個高亮度白光LED。該電源為LED提供了保護，限定了瞬態輸入電壓，并在熱插拔時避免了電流浪涌。總的電源一致性（電源母線諧波（EN），電源母線干擾，國際安全標準等）全部符合歐洲標準（EN）。
下面是一個使用鎮流器對35W的T8管進行替換的示例，見圖2。在LED串開路、短路或過載的情況下，可以保護鎮流器以免發生故障。它確保了任何元件都不會在故障下過熱或燒毀，以確保設計的穩定性。
圖2，使用鎮流器時35W的T8燈管進行替換。
鎮流器與T8的主要特點如下：• 適用于歐洲輸入電壓范圍，但可以進一步擴展到從85VAC?265VAC的更寬范圍。
• PF為0.98
• 輸出電流為350mA
• 輸出電壓為100V±20%（取決于LED VF）
• 母線諧波符合EN61000 - 3 - 2 C類標準要求
• 電磁干擾（導電性）符合EN55022 標準要求
• 電磁干擾（輻射）符合現行EN55022 標準要求
• 效率為87%
• 符合現行安全標準要求
• 被動冷卻方式
• 溫度范圍-20 ° C?+65 ° C
• 使用聚合物電容器延長壽命
• 使用共享電流的3串90 LED LCW_G5GP-GX-6S的歐司朗T8管。
[page]
第一級PFC
大多數基本的AC/DC電源在輸入線路中都會產生諧波失真且功率因數較差，因此很難滿足歐洲標準EN - 61000 - 3 – 2的要求。該解決方案使用PFC電路，使輸入電流波形與輸入電壓波形同樣為正弦波波形。
對于鎮流器產品，則符合歐洲EN - 61000 - 3 - 2C類標準。該標準適用于所有的照明產品，包括有源輸入功率大于25W的調光設備。
PFC作為升壓轉換器，在臨界導通模式下運行。它提供了一個相對穩定的輸出電壓（380VDC），作為LED驅動器輸入電壓。LED驅動器作為恒定電流控制降壓轉換器，將更適用于整流輸入電壓。
由于LED驅動器具有更高輸入紋波，在380 VDC環境中將用較小電容。由于故障率較高，為保持長久的使用壽命，不允許使用電解電容器。
這種鎮流器使用EPCOS薄膜電容器來替代電解電容，根據內部指標對所有組件的額降值加以限定，這最大限度地減小了故障率，延長了整個系統的使用壽命。
第二級是LED驅動器，選用LM3445恒流控制器
LM3445是一個具有自適應恒定關斷時間的AC/DC降壓恒流控制器，兼容三端雙向可控硅開關（TRIAC）調光與脈沖寬度調制（PWM）信號。LM3445為大功率LED照明提供了恒定的電流值，調光解碼器允許更寬范圍的LED調光。
圖3 詳細地示意了LED驅動器在一個完整交流電周期內Q3的漏源電壓和電流情況。
該周期可劃分為幾個不同階段，曲線如下：
1.閉合階段
2.導通階段
3.斷開階段
4.斷開階段，能量轉移至負載
圖3 LED驅動器在一個完整交流電周期內Q3的漏源電壓和電流情況
該LED驅動器采用恒定關斷時間控制，通過一串LED調節電流。當MOSFET導通時，通過電感器的LED電流增加，直到達到由參考電壓和電流檢測電阻限定的峰值為止。達到該峰值電流后，MOSFET關斷，同時二極管在Toff期間導通。
為驅動更多的LED，進行了一些改進，包括成功串接了60只LED。在輸出功率為70W時，其總效率可達92%，通過并聯其他LM3445可以驅動多串LED（每串30只），但將需要更多電纜，以連接LED 。
使用一次電源和動態余量控制的多通道線性穩壓器
圖4 采用多串LED的解決方案
另一種方法如圖 4 所示 。其中主電源一側的輸出電壓低于60V，這符合UL1310標準Class 2對最高電壓的限制要求。當隔離系統中要求限定次級電壓時，唯一的選擇是多串LED。
在次級，LM3464是一款多通道LED驅動控制器。作為線性穩壓器，每個LM3464最多可控制四個外部功率N-MOSFET，因此，能夠控制多串LED，而每串可串聯多達15個LED。
每通道最大的平均電流值可達500mA，圖 4 示意了LM3464如何控制絕緣AC/DC 初級離線電源，通過LM3464發出的指令可以對Vo動態調整從而使通過每個線性穩壓器的電壓值保持最低。Vo的調節基準是參考電壓最高的LED串通道。即使每通道的驅動電流達350mA，LM3464的功率效率也可超過95%。圖1和圖4的一個重要區別在于LM3464無需新的開關頻率，這對于控制EMI而言極為重要，因為隨著總功率的增加EMI會越來越難以控制，而 唯一的開關噪聲來自于AC/DC部分。
結論
本文討論了驅動更多數量LED的不同方法。第一個解決方案使用PFC作為標準的升壓裝置以驅動一個有隔離散熱裝置的LED串（30只） ，這對于需要多串多數量LED的設計工程師來講是一個極具吸引力的選擇。示例著重于LED的更換，LED燈管的詳細信息可以根據需求提供。如果設計正確，除了高能效以外，LED燈管和鎮流器都有很長的使用壽命。對于傳統的照明裝置來講，維護費用一直是一筆很大的開銷，而使用LED燈管能將維護費用降至最低。
第二個解決方案使用一個一次電源和動態余量控制的多通道線性穩壓器。工程師想給每串LED串配備一個專屬電源，但是在每個LED串中使用降壓調節器會出現問題。對于他們來講，這個解決方案確實極具吸引力。該LM3464提供了一個體積更小，價格更便宜，使用更簡單的選擇，同時保持高功率效率、高可靠性和極佳的電磁兼容性能（EMC）。
