從led照明的使用過程中，我們可以看到，電源的應(yīng)用對(duì)于設(shè)備的應(yīng)用起到至關(guān)重要的作用。

 

　　為提供各種場(chǎng)域所需要之節(jié)能照明，ST(意法半導(dǎo)體)推出一系列完整的電源設(shè)計(jì)方案與相關(guān)產(chǎn)品組合，從低瓦數(shù)到高瓦數(shù)產(chǎn)品皆一應(yīng)俱全，讓電源設(shè)計(jì)工程師能夠依據(jù)產(chǎn)品的用電特性，來選擇適合的電源產(chǎn)品解決方案，以開發(fā)出物美價(jià)廉且能效超高的led照明相關(guān)產(chǎn)品。

 

　　四大LED照明領(lǐng)域 皆采不同電源設(shè)計(jì)

 

　　ST(意法半導(dǎo)體)技術(shù)營(yíng)銷經(jīng)理蕭復(fù)元先生，針對(duì)“意法半導(dǎo)體產(chǎn)品與解決方案：led照明”議題做演說。他以led照明相關(guān)產(chǎn)品的角度出發(fā)，來說明其電源設(shè)計(jì)的各式解決方案。

 

　　有關(guān)LED照明的拓樸，大致可以區(qū)分成四大區(qū)塊，包含：(1)室內(nèi)照明&聚光照明(<15W，小于15瓦)，這類照明采用一般普通的非隔離式降壓或升壓的Flyback：PSR(返馳式：初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)技術(shù)) 來設(shè)計(jì)。(2)室內(nèi)/戶外照明(15～100W)，這類照明可采用Passive PFC + Flyback(被動(dòng)式功因校正+返馳式)、Single Stage PFC(單級(jí)返馳式功因校正)或 Active PFC + Flyback(主動(dòng)式功因校正+返馳式)。(3)戶外照明/路燈(100～250W)，可采用Active PFC + Flyback、Active PFC + QR Flyback(準(zhǔn)諧振返馳式) 或 PFC + LLC Resonant(功因校正+LLC諧振)。(4)特殊照明，如車用照明(AEC-Q100規(guī)范)。

 

　　至于一般LED照明的應(yīng)用，則可區(qū)分成六大類別，包括：居家、商用、戶外、路燈、大區(qū)塊、緊急照明等。

 

　　而驅(qū)動(dòng)這些LED照明應(yīng)用市場(chǎng)的最關(guān)鍵因素，主要就是這三項(xiàng)：(1)效率，亦即注重PFC(功率因素校正)要高，例如能源之星就規(guī)范了5瓦以上的高功因產(chǎn)品，室內(nèi)與商業(yè)照明的功率因素必須大于0.7和0.9。(2)信賴性，亦即MTBF(平均故障間隔時(shí)間)要低，例如采用無e-cap (電解電容)的電路設(shè)計(jì)方式，便可減少對(duì)溫度的敏感度，以增加穩(wěn)定性。(3)體積小，亦即在革新照明&球泡燈替代方案，包括3～20W等的產(chǎn)品中，其電路必須要能塞入很小的空間，且具備Triac Dimmable(前緣式矽控調(diào)光)功能，以增加整體穩(wěn)定性。

 

　　若以電源的瓦數(shù)來區(qū)分照明應(yīng)用，則可分成：Retrofit(如球泡燈)、Linear(如日光燈)、Panel(如平板燈)、Street(路燈)等。瓦數(shù)依序?yàn)?～15W、15～75W、>100W等低、中、高瓦數(shù)的3種，各種瓦數(shù)的電源架構(gòu)設(shè)計(jì)與需求上也有所不同。

 

　　例如：(1)低瓦數(shù)(15W)須具備高功因、電源與燈體采單一封裝、矽控調(diào)光、體積小等特性，LED電流在10mA～1A，采單串設(shè)計(jì)。(2)中瓦數(shù)(15～75W) 具備高功因、采電源板與控制板分離設(shè)計(jì)、后調(diào)控與調(diào)光、低成本等特性，LED電流在100mA～1A，采單串或多串設(shè)計(jì)。(3)高瓦數(shù)(>75W)則同樣具備高功因、采電源分離設(shè)計(jì)、創(chuàng)新的數(shù)碼調(diào)光方法、遠(yuǎn)程控制、寬溫設(shè)計(jì)(-40°C)、ZVS(零電壓轉(zhuǎn)換)等特性， LED電流在100mA～1A，采單或多串設(shè)計(jì)。

 

　　方案眾多、功因超優(yōu) 符合各式照明需求

 

　　以一般15W以下的照明產(chǎn)品，其電路架構(gòu)來說，5W以下一般都是搭配一組QR Flyback轉(zhuǎn)換器，而5W至15W的一般除了有高功因的QR Flyback轉(zhuǎn)換器之外，也有搭配前Triac調(diào)光的高功因Flyback轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。QR Flyback的好處是可以減少切換的能耗損失，提升能源效率大于80%，比起傳統(tǒng)Hard switching(硬開關(guān))設(shè)計(jì)的75%還高，因此適合應(yīng)用在led燈的電源設(shè)計(jì)。

 

　　一般連接AC(交流電)的標(biāo)準(zhǔn)電源供應(yīng)器，應(yīng)用在需要直流電的led燈時(shí)，我們可以透過更改其架構(gòu)，包括將Voltage reference IC(基準(zhǔn)電壓IC)換成CC/CV控制器。甚至將驅(qū)動(dòng)IC、MOSFET(金屬氧化層場(chǎng)效晶體管)等元件，以集成PSR的作法，便可把光耦合器、基準(zhǔn)電壓IC等元件省略。

 

　　因?yàn)椴煌邤?shù)的照明產(chǎn)品，就有不同的電源設(shè)計(jì)需求，因此ST針對(duì)不同的產(chǎn)品應(yīng)用，推出各種相關(guān)的因應(yīng)解決方案。在一般照明(<15W)的產(chǎn)品部分，有5W的HVLED805、7W的HVLED807PF與15W的HVLED815PF等產(chǎn)品。具備高集成度、低零件數(shù)、高功因與低THD(總諧波失真率)等特性。

 

　　可調(diào)光穩(wěn)壓設(shè)計(jì) 高質(zhì)量無可代替

 

　　而在Triac調(diào)光的方案，例如STEVAL-ILL044V1采獨(dú)立設(shè)計(jì)，采美規(guī)(90～132V)可調(diào)光設(shè)計(jì)，輸出電源為9W、175mA，具備能源效率>86%，高功因>0.98，THD值<20% 等特性。因?yàn)榫邆湔{(diào)光的產(chǎn)品，大多區(qū)分為美規(guī)與歐規(guī)兩種電壓的產(chǎn)品，ST也正著手開發(fā)歐規(guī)(高達(dá)230V)搭配Triac的方案，甚至未來可能開發(fā)Universal(全電壓，90～230V) 的產(chǎn)品，以滿足各種客戶的需求。

 

　　蕭復(fù)元表示，以傳統(tǒng)9W Triac可調(diào)光的電路設(shè)計(jì)，在一開燈的時(shí)候，其Line Voltage(線路電壓)會(huì)突然遽增然后緩降到穩(wěn)定，而Line Current (線路電流)則因?yàn)門riac無法固定住電流而產(chǎn)生所謂的Ringing(振蕩)波形，造成燈泡剛點(diǎn)亮?xí)r會(huì)有Flicker(閃爍)現(xiàn)象。而HVLED815PF這個(gè)led控制器，其Input EMI filter(輸入濾波器)有加入Damping circuit(阻尼電路)，透過加入R-C等元件，可讓燈泡在剛通電的時(shí)候，Line Current能夠維持穩(wěn)定的線形、減少Ringing，讓燈泡剛開啟時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。

 

　　而HVLED815PF如何達(dá)到高功因的方式，其透過Diode(二極管)來增加低電壓時(shí)的轉(zhuǎn)換效率，且在調(diào)光時(shí)透過在整流器上加入一個(gè)AC元件，透過內(nèi)部IC控制器來比較其麥當(dāng)勞波，讓其功率表現(xiàn)更好。

 

　　至于<15W的Triac調(diào)光方案，STEVAL-ILL045V1是一種非隔離設(shè)計(jì)，其拿掉clamp circuit(鉗位電路)的設(shè)計(jì)，讓次級(jí)繞組為初級(jí)繞組的一部分，在FET的汲極電壓overshoot(過沖)較少，因此可以提升其功因。

 

　　中高瓦數(shù)方案多 提升功因不用愁

 

　　在15W～75W的中瓦數(shù)解決方案部分，以單串LED設(shè)計(jì)部分，大多以一組高功因的Flyback轉(zhuǎn)換器搭配CC/CV控制器來實(shí)作。而多串LED則在上述的轉(zhuǎn)換器后面，再加入Monolithic Buck Converter(單芯片降壓轉(zhuǎn)換器)，以及多顆Inverse Buck Converter(反向降壓轉(zhuǎn)換器)，然后搭配類比方案的Analog Controller(類比控制器)或搭配數(shù)碼方案的MCU(微控制器)，來達(dá)到多串LED的電源控制。

 

　　其電路圖架構(gòu)部分，單串的設(shè)計(jì)中，以PFC控制器部分，采用了ST L6562A/AT、L6564(T/H)等來做順態(tài)模式的PFC控制，MOSFET部分采用ST SuperMESH 5 Power MOSFET(800V～950V)，具有獨(dú)特的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)效率。而在CC/CV控制器部分，則采用TSM101(CC/CV控制)與SEA05、SEA01(具數(shù)碼調(diào)光功能)等CCC控制器。值得說明的是，數(shù)碼調(diào)光透過preset(缺省參數(shù))的方式，預(yù)先將調(diào)整好的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)部的存儲(chǔ)器，其優(yōu)勢(shì)是在量產(chǎn)時(shí)可以節(jié)省人力成本。

 

　　至于多串LED、類比電路的設(shè)計(jì)架構(gòu)上，其經(jīng)過AC-DC轉(zhuǎn)換后，接著采用兩組DC-DC Buck led驅(qū)動(dòng)IC(如ST LED5000、LED2001、LED2000元件)搭配Schottky(蕭特基)二極管，最后經(jīng)過兩組DC-DC Inverse Buck led驅(qū)動(dòng)IC的作法來達(dá)成。由于Standard(標(biāo)準(zhǔn))降壓轉(zhuǎn)換器因?yàn)槭歉?dòng)的，必須具備電荷幫浦電路，而采用Inverse(反向)降壓轉(zhuǎn)換器，其功率型MOSFET的汲極是接地的，具有容易控制的特性。

 

　　再來看高瓦數(shù)應(yīng)用產(chǎn)品。以75W搭配PLM(Power Line Module;電力線模塊)來遙控的高階產(chǎn)品來說，其架構(gòu)就是前緣采用高功因Flyback，然后連接兩組Inverse Buck(獨(dú)立串設(shè)計(jì))，然后連接STEVAL-ILL043V1這個(gè)PLM遠(yuǎn)短遙控模塊，讓其使用電力線就能夠遙控其LED燈的開閉狀態(tài)。以建筑戶外照明(>75W)的多串(類比或數(shù)碼驅(qū)動(dòng))電路設(shè)計(jì)部分，搭配ST的各種產(chǎn)品，可以做到電源效率>93%。整體平均效率>87%。

 

　　在>75W的數(shù)碼led電源設(shè)計(jì)部分，采用其EVAL STLUX385，具有4通道LED與調(diào)光功能，并具備可透過DALI、USART等傳輸接口來遠(yuǎn)程遙控的特色。STLUX385A照明和電源管理數(shù)碼控制器已獲得CES 2014創(chuàng)新獎(jiǎng)，是全球首顆以可編程芯片解決所有應(yīng)用需求的數(shù)碼控制器。

 

　　其規(guī)格上支持12～50V，4組獨(dú)立可組態(tài)的LED通道，每通道可支持3～10顆LED燈，且具備斷路與短路保護(hù)設(shè)計(jì)。適合應(yīng)用在專業(yè)照明、路燈、燈光混色與調(diào)色等各種應(yīng)用需求。

 

　　整體來說，ST提供不同瓦數(shù)、架構(gòu)、調(diào)光等一般LED照明應(yīng)用的整體解決方案，包括類比或數(shù)碼電路等方法，并提供多樣設(shè)計(jì)工具(如評(píng)估板)、開發(fā)套件、設(shè)計(jì)工作表和應(yīng)用筆記，能讓LED照明的電源設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化、更輕松、更有效率。

 

　　由此可見，在ST推出的led電源全套方案的幫助下，LED照明也將得到發(fā)展的助力。