PFC解決方案

　　對于功率低于25 W（230 Vac）的較低功率應用而言，最常用的是集成電源開關穩壓器，因為它可以將元件數量減至最少。高于這個功率范圍，則可以使用控制器，因為控制器為設計人員在選擇這種應用最適合的高壓FET方面提供靈活性。控制器既可用于隔離應用，也可用于非隔離應用，而安森美半導體提供多種不同的增值特性，允許設計人員針對其具體設計要求優化設計。

　　圖2：NCP1351離線式LED驅動器參考設計。

　　圖2顯示的是安森美半導體NCP1351離線式LED驅動器參考設計。這參考設計的輸入功率范圍介于85至265 Vac之間，具有尺寸小、成本低、良好線路穩壓等特性，在20 W負載具有80%的高能效，并集成了過載保護和短路保護等安全特性，最大尺寸僅為125×37×35 mm。

　　圖3（a）：傳統的2段式PFC架構。

　　IEC1000-3-2標準設定了限制注入至交流線路中諧波的規范。就照明應用而言，如果輸入功率大于25 W（C類），這個規范就會適用。此外，即使在某些地區并不要求遵從這項IEC規范，也可能對最低功率因數提出要求。這樣一來，這些應用中就需要前端PFC控制器。增加這樣一個段會導致符合能效和空間等其它系統要求方面的困難，除非作出明智的選擇。

　　圖3（b）：改進的單段式PFC架構。

　　幸運的是，安森美半導體深刻理解這些挑戰，擁有創新的PFC控制器產品陣容，符合設計人員對簡單、緊湊和強固解決方案的期望。安森美半導體不僅支持傳統的2段式應用，也推出了數款進一步簡化設計的獨特解決方案，如NCP1651單段式反激控制器。

　　NCP1651在單芯片解決方案中集成了功率因數校正和轉換器，帶有外部FET，允許根據所需功率實現可擴展的解決方案。NCP1651具有隔離型降壓功能，支持連續或不連續模式操作，并支持平均電流模式控制（ACMC）和固定頻率控制，其高精度乘法器可用于降低總體諧波失真（THD）。它還具有過溫關閉和外部關閉等功能。這款單段式PFC控制器適合于電子鎮流器、街燈、交通信號燈和照明等應用。

　　對于輸入功率介于25 W和60 W之間的LED照明應用而言，可以采用NCP1351這樣的PWM控制器；對于輸入功率在60 W至150 W范圍而言，PWM控制器可以采用NCP1271；輸入功率在150 W至300 W范圍的，可以采用NCP1396這樣的PWM控制器。而對于25 W至300 W的輸入功率范圍而言，都可以采用臨界導電模式（CRM）的PFC控制器NCP1606。

　　2）寬輸入范圍的中等電壓LED應用DC-DC電源解決方案

　　除了便攜供電應用，還有一系列高亮度LED應用工作在8至40 VDC范圍的電源，這些電源包括鉛酸電池、12-36 VDC適配器、太陽能電池以及低壓的12 和24 VAC交流系統。這類的照明應用眾多，如活動式照明、景觀和道路照明、汽車和交通照明、太陽能供電照明，以及陳列柜照明等。

　　表1：寬輸入范圍的DC-DC LED應用

　　即使目標是采用恒定電流驅動LED，首先要理解的事件就是應用的輸入和輸出電壓變化。LED的正向電壓由材料特性、結溫度范圍、驅動電流和制造容限決定。憑借這些信息，就可以選擇恰當的線性或開關電源拓撲結構，如線性、降壓、升壓或降壓-升壓等。

　　對于輸入電壓小于40 V的LED應用而言，如果輸出電壓小于輸入電壓，則選擇降壓拓撲結構。在此基礎上，再根據輸出電流來進行選擇。若輸出電流大于1.2 A，則可采用設計用于為高亮度LED供電的1.5 A恒流開關穩壓器NCP3065。這器件擁有額定值235 mV的極低反饋電壓，適合對LED串的平均電流進行穩流。它擁有高至40 V的較寬輸入電壓范圍，使其能夠工作在12 Vac或12 Vdc電源。NCP3065還提供適合汽車級應用的版本—NCV3065。只需采用極少的外部元件（如MOSFET或低VCEsat開關），NCP3065開關穩壓器即可配置為降壓、升壓或SEPIC等拓撲結構。這使得它還能用于電流小于1.2 A的應用。對于電流小于1.2 A的應用，還可采用NCP1215+MOSFET來構成降壓轉換器。對于電流小于500 mA以及輸入電壓接近輸出電壓的應用而言，可以采用NUD4001這樣的恒流線性驅動器。

　　如果輸出電壓大于輸入電壓，則選擇升壓拓撲結構。在此基礎上，如果是低壓電池供電應用，則可以選用NCP5005、NCP5604、NCP5608和NCP5050這樣的低壓LED驅動器；如果不是低壓電池供電應用，再看其輸出電壓值，如果大于40 V，同樣可以采用NCP3065開關穩壓器，這時候NCP3065結合外部NMOS MOSFET配置為升壓控制器結構；否則，還要看開關電流來確定。如果開關電流大于1.3 A，則采用結合MOSFET或低VCEsat開關、配置為升壓控制器的NCP3065；如果小于1.3 A，采用配置為升壓轉換器的NCP3065。

　　除了單純的降壓或升壓拓撲結構，在某些環境下，也需要降壓-升壓拓撲結構，如從標準電源輸入端驅動LED串；此外，在輸入電壓和LED負載電壓交疊的場合中使用這種拓撲結構也很常見。而NCP3065也能夠配置為降壓-升壓控制器。這種架構需要2個電源開關。雖然NCP3065本身也包含1個電源開關，但我們可以使用1個低VCEsat PNP/NPN對管來獲得更高轉換效率。這是一種可擴展的方案，整流器和電源開關都能夠根據具體的輸入和輸出電壓以及電流電平來調整。值得一提的是，諸如NSS40500UW3這樣的低VCEsat晶體管采用小巧的2×2 mm封裝，提供極佳的性能。

　　圖4所示的是功率最高達12 W的NCP3065降壓-升壓電路。這電路設計用于電流高達0.7 A的應用，輸入電壓范圍可達8至26 Vdc。輸出電壓Vout為16 Vdc @ 700 mA和輸入電壓Vin為13-26 Vdc時，能效可達72%至80%。

　　圖4：功率高達12 W的NCP3065降壓-升壓電路