据世界动力署(IEA)核算全球耗费的电能中有19%是用于照明。因而，近年来，世界各国纷繁致力于以更高能效的计划来代替低能效的白炽灯火源。而跟着发光二极管(LED)在流明输出及光效方面继续快速前进，一起，均匀每流明光输出的本钱也在下降，再结合LED在高指向性、长寿命和低保护本钱等方面的优势，LED照明(也称固态照明，或SSL)成为一种极为有目共睹的代替解决计划。
针对固态照明的能效规范要求
为了促进节能，世界各地的政府组织或规范安排拟定了不同LED照明规范，首要体现在对功率因数(PF)的要求方面。如欧盟的世界电工联盟(IEC)规则了功率大于25W照明运用的总谐波失真功用，某些地区的其它世界规范也适用这规则。
别的，美国动力部拟定及发布了针对固态照明灯具的“动力之星”规范。这项自愿性规范包括针对常见住所和商业照明灯具(如嵌灯、橱柜灯和台灯)的系列要求，包括最低流明输出、全体光效、可靠性方针、光色温及一系列其它要害体系级要求。值得留意的是，这个规范中并不直接包括电源能效要求，但包括功率因数要求，即不论是何种功率等级，住所运用要求的PF大于0.7，商业运用要求的PF大于0.9，而集成LED灯火的要求是PF大于0.7。
当然，并非一切国家都肯定强制要求在照明运用中改进功率因数，但某些运用或许有这方面的要求。例如，公用事业组织或许大力推进具有高功率因数的产品在公用设施中的商业运用。此外，公用事业组织具有/保护街灯时，他们可以依据自己的志愿，来决议是否要求产品具有高功率因数(一般大于0.95+)。
13W LED嵌灯规划示例
1)参照代用规范建立最大负载规划方针
以“动力之星”的固态照明灯具规范为例，这规范包括决议灯具光效的全体性要求；实际上，这规范是一个体系级规范，触及所选LED、现场作业温度、光学组件、驱动器电源转化能效等。灯具开发人员因而可以在LED的挑选、光学组件的运用、热办理计划、驱动器拓扑结构及规划方面折衷取舍，然后契合全体要求。下表列举了“动力之星”1.1版住所及商业运用固态照明规范1.1版对嵌灯的要害体系要求。
表1：“动力之星”1.1版住所及商业固态照明规范之嵌灯要害要求。
最常见的嵌灯是较大孔径类嵌灯。关于住所及商业运用而言，除了功率因数方面的不同，规划人员可以灵敏地运用中性及暖白光LED。从表1中的最低要求可以看出，要取得575流明的最低输出，最大输入功率阈值约为16.4W。
由于没有直接适用的LED驱动器能效规范，可考虑将“动力之星”2.0版外部电源(EPS)规范作为代用规范。依据EPS 2.0规范，额外功率在1到49W之间的规范电源的最低能效要求为0.0626×ln(Pno)+0.622。因而，契合这规范的12W额外功率电源的最低能效为77.7%，15W电源则为79.1%。由于LED灯具规范根据输入插座能效，有必要将驱动器能效方针转化为有用的LED负载。为了添加一些规划裕量，咱们将最低方针能效定为80%。这样一来，LED负载就为16.4W×80%，即13.1W。
这样，咱们就确认了最大负载规划方针。LED光效受制于LED制造商以及驱动电流和作业温度。安森美半导体这GreenPoint参阅规划挑选的是350mA的恒定电流，支撑市场上大多数高亮度功率LED。另一个要顾及的要素是灯具开发人员可以挑选宽规模的LED，所选LED的光效越高，要求选用的LED数量就越少。因而，这GreenPoint参阅规划在50%至100%额外负载时的能效应当较高。跟着LED光效的提高，可以简单修正同一个根本电源规划来驱动更少的LED，然后供给远高于最低要求的灯具光效。
2)其它规划要求
确认了根本规划要求，就需要考虑与终端运用需求有关的其它体系要素。例如，尽管规范中并无要求，但兼容已有线路调光计划很重要。因而，应当针对三端双向可控硅开关器材(TRIAC)壁式调光器来优化规划。TRIAC调光的应战不少，但有一项要素规划人员或许简单疏忽，便是驱动器应当可以能在低斩波(chopped)沟通输入波形条件下发动及作业。并且，驱动电源的尺度应当匹配嵌灯灯具接线盒。还应该留意一项人的要素要求。尽管LED实际上在瞬间之间就发光，但驱动器的规划要留出特定的发动时刻。不论是什么LED灯具，这方面的体现都应该不比CFL差，乃至应该更好。所以，咱们可以把CFL作为参照基准。“动力之星”CFL灯泡要求中，额外条件下最大发动时刻为1秒，因而，咱们迁就LED驱动器在发动时刻方面的规划方针定在0.5秒。由于这个规划面向住所或商业运用，因而咱们定下的规范方针更具应战性。表2总结了本GreenPoint参阅规划要害的规划方针。
表2：要害规划方针。
3)规划途径：选用单段式计划供给高功率因数
要完成高功率因数、电源能效方针及紧凑的尺度，有必要运用高功率因数的单段式拓扑结构。由于功率方针较低，传统的两段式拓扑结构(PFC升压+反激转化)就无法满意要求了。因而，咱们运用了根据安森美半导体NCL30000临界导电形式(CrM)反激操控器的CrM反激拓扑结构。
单段式拓扑结构省下专用的PFC升压段，协助削减元器材数量，下降体系总本钱。但选用单段式拓扑结构，体系也会遭到一些影响，如无初级高压能量存储，输出电压坚持时刻较短。别的，输出纹波较高，有必要选用更多的低压输出%&&&&&%来满意坚持要求，及对动态负载反响较慢等。有利的是，这对很多LED照明运用而言不构成问题，由于LED照明运用无体系坚持时刻要求，并且纹波汇入均匀光输出，人眼不会发觉。
规划针对高功率因数(PF>0.95)有利于轻松契合SSL灯具的商用照明要求，并使输入电流波形看上去象是电阻型载的波形。这对兼容TRIAC调光非常重要，由于TRIAC调光器本来用于白炽灯，而白炽灯在电路中的效果就象是电阻，即充任电阻型负载。用示波器截取的波形显现，优化规划的单段式CrM反激电源的根本电流波形与输入电压波形坚持同相。
图1显现的是安森美半导体根据NCL30000的单段式高功率因数反激拓扑结构的简化功用框图。从图1中可以看出，阻隔反激的次级端有恒流恒压(CCCV)操控模块。这模块有两个首要功用，一是严密稳流350mA的恒定电流，并为初级端供给反应，用于调理导通时刻，对流经LED的恒定电流进行稳流；二是在发生开路事情时，进入恒压操控形式，在毛病事情下发生稳压固定电压。开路电压稳压为UL1310 2类电源的60 Vdc最大电压约束。此外，无意中碰到输出短路时，还能约束功率，防止损坏LED。
这GreenPoint参阅规划的具体规划进程拜见安森美半导体另行供给的NCL3000数据表及两篇规划笔记，拜见参阅资料[2]至[5]。
图1：根据NCL30000的单段式CrM反激LED驱动器GreenPoint参阅规划简化框图。
4)测验成果
测验成果显现，这参阅规划的功用逾越了表2中所列的悉数规划方针，拜见图2(详见参阅资料[1])。图2显现了90到135 Vac线路电压规模下LED驱动器的功率因数和输入电流总谐波失真，可以看出这参阅规划的功率因数很高(逾越商业照明0.9的最低功率因数要求)，总谐波失真低(<20%)。图3显现了不同负载条件下的LED能效。将25%、50%、75%和100%四个作业点下的能效作均匀核算，可得出总均匀能效为80.7%；而在50%至100%负载的要害作业区域，能效规模为81.1%至82%。这不只逾越本参阅规划定下的80%能效方针，还逾越了EPS 2.0规范对15W电源79.1%的能效要求。损耗来历中包括输入EMI段支撑TRIAC调光所需的15欧姆限流电阻的能耗。
图2：90至135 Vac输入线路电压条件下的功率因数和总谐波失真。
图3：输入电压为115 Vac时不同负载条件下的能效。
本文小结：
要规划满意下一代固态照明产品一切要求的离线LED驱动器存在不少应战。本参阅规划文档显现，安森美半导体根据NCL30000的单段式CrM TRIAC调光LED驱动器GreenPoint参阅规划达到了一切要害功用指标，如“动力之星”1.1版商业及住所运用固态照明功率因数要求，乃至是代为参阅的2.0版外部电源在要害负载条件下的能效要求。这参阅规划还为体系开发人员供给灵敏性，使他们可以升高或下降功率，满意不同功率运用的要求。这种途径让规划人员可以灵敏应对LED光效提高，便于他们规划LED数量更少但仍供给预期光输出的灯具。
