出彩安森美:高能效AC-DC LED通用照明方案拓寬您的設(shè)計(jì)選擇
發(fā)布時(shí)間:2015-05-13 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】近年來(lái),世界各國(guó)政府為了因應(yīng)全球氣候變暖,紛紛制定更嚴(yán)格的高能效法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn),提升電源能效,降低能耗,以期減輕對(duì)環(huán)境的壓力。安森美半導(dǎo)體持續(xù)推出新系列AC-DC通用照明方案以滿足各類應(yīng)用對(duì)尺寸、能效、功率因數(shù)、驅(qū)動(dòng)電流等不同要求,并因應(yīng)當(dāng)前智能LED照明的發(fā)展潮流,提供領(lǐng)先的通信、傳感器系列產(chǎn)品及方案,為工程師實(shí)現(xiàn)更節(jié)能環(huán)保的智能照明系統(tǒng)拓寬設(shè)計(jì)選擇。
安森美半導(dǎo)體專注于運(yùn)用在電源管理方案方面的專知和技術(shù),克服固態(tài)照明的挑戰(zhàn),提供LED照明應(yīng)用的完整方案,涵蓋高低功率因數(shù)、隔離或者非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)光以及非調(diào)光的應(yīng)用等,并利用在工業(yè)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和專長(zhǎng),不斷開(kāi)拓新興的智能照明市場(chǎng),推出有線及無(wú)線通信系列產(chǎn)品(PLC 、KNX)、環(huán)境光及無(wú)源紅外(PIR)傳感器、以太網(wǎng)供電(PoE)控制器等,滿足不同的應(yīng)用需求,推動(dòng)LED照明市場(chǎng)的發(fā)展和進(jìn)步。本文將重點(diǎn)介紹安森美半導(dǎo)體近期于AC-DC通用照明新增的產(chǎn)品系列及智能照明方案。
功率因數(shù)校正(PFC)初級(jí)端控制LED驅(qū)動(dòng)器
針對(duì)筒燈、線性管/LED燈泡替代、電子控制裝置、LED照明引擎及智能照明等要求高功率因數(shù)、低諧波失真的最高60 W功率的單段式設(shè)計(jì)應(yīng)用,安森美半導(dǎo)體推出LED驅(qū)動(dòng)器系列NCL30085、NCL30086、NCL30088,利用PFC初級(jí)端電流控制算法,當(dāng)采用準(zhǔn)諧振(QR)模式工作時(shí)提供高能效。以NCL30088為例,它支持隔離反激、降壓-升壓、單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),功率因數(shù)(PF)典型值高于0.98,無(wú)需光耦,能單獨(dú)從初級(jí)端實(shí)現(xiàn)精密穩(wěn)流(精度典型值±2%),提供線性前饋補(bǔ)償,寬VCC范圍支持寬正向電壓應(yīng)用,低啟動(dòng)電流典型值13 uA,可工作于-40℃至125℃的寬工作溫度范圍,基于負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的電流熱反走可防止LED驅(qū)動(dòng)器在惡劣環(huán)境下過(guò)熱,并內(nèi)置一系列強(qiáng)固的保護(hù)特性,包括:LED串開(kāi)/短路保護(hù)、逐周期限流、輸出二極管短路保護(hù)、VCC偏置電壓和欠壓保護(hù)、電流感測(cè)電阻短路保護(hù)及自動(dòng)恢復(fù)或閂鎖故障處理。而NCL30086“可智能調(diào)光”,支持以控制平均LED電流的單個(gè)輸入進(jìn)行模擬/數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光,與非調(diào)光的NCL30088相輔相成。
圖1:PFC初級(jí)端控制LED驅(qū)動(dòng)器
NCL30088應(yīng)用示例——高達(dá)20 W的降壓-升壓驅(qū)動(dòng)器用于LED線性燈管
NCL30088作為降壓-升壓驅(qū)動(dòng)器用于高達(dá)20 W的LED線性燈管時(shí),交流輸入電壓范圍90-305 Vac,正向電壓范圍90-180 Vdc,提供100 mA輸出電流,PF大于0.98,總諧波失真(THD)典型值5%,能效高達(dá)91%。
圖2:NCL30088應(yīng)用于LED線性燈管的評(píng)估板和能效測(cè)試值
NCL30085應(yīng)用示例——達(dá)10 W的隔離型3步線性可調(diào)光驅(qū)動(dòng)器用于燈具
NCL30085作為隔離型可調(diào)光驅(qū)動(dòng)器用于燈具時(shí),通過(guò)切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷提供3步對(duì)數(shù)調(diào)光:75%、25%、5%,交流輸入電壓范圍90-265 Vac,正向電壓范圍14-28 Vdc,輸出電流350 mA,功率因數(shù)大于0.98,THD典型值10%,能效高達(dá)85%。
圖3:NCL30085的評(píng)估板和3步調(diào)光圖示
高功率因數(shù)反激式LED驅(qū)動(dòng)器——NCL30060
為確保當(dāng)工作在臨界導(dǎo)電模式(CrM)時(shí)寬范圍輸入電壓和輸出功率提供近1的功率因數(shù),安森美半導(dǎo)體推出高功率因數(shù)反激式LED驅(qū)動(dòng)器NCL30060,該器件采用恒定導(dǎo)通時(shí)間的PWM控制方法,可支持大于50 W的功率范圍。次級(jí)端反饋控制支持諸如隔離型1-10 V調(diào)光、寬正向電壓范圍或要求LED模塊熱反饋的應(yīng)用,典型用于LED驅(qū)動(dòng)器、光源和燈具及電子控制裝置等中等功率單段式設(shè)計(jì)應(yīng)用。NCL30060支持達(dá)700 V的高壓?jiǎn)?dòng),提供高功率因數(shù)及低THD,寬Vcc范圍,提供直接的光耦反饋連接,集成12 V門(mén)極驅(qū)動(dòng)鉗位和自動(dòng)恢復(fù)/閂鎖故障選項(xiàng)等功能,并內(nèi)置初級(jí)端過(guò)流、輸出過(guò)壓、繞組短路、輸出整流器短路、輸出短路、欠壓等強(qiáng)固的故障保護(hù)。安森美還為該器件提供輔助設(shè)計(jì)工具和支持,包括NCL30060LED1GEVB評(píng)估板、EVBUM2240/D評(píng)估板手冊(cè)及基于Microsoft Excel®的設(shè)計(jì)工具。評(píng)估板支持90-305Vac的輸入電壓范圍,10-41V的正向輸出電壓范圍,提供700mA恒定的輸出電流和高達(dá)25W的輸出功率,支持1-10V或PWM調(diào)光,THD小于10%,能效高達(dá)88%。
圖4:NCL30060LED1GEVB評(píng)估板和@25 W時(shí)的性能表現(xiàn)
高功率因數(shù)低紋波兩段LED驅(qū)動(dòng)器——NCL30030
安森美半導(dǎo)體的NCL30030針對(duì)高棚燈、路燈和停車(chē)場(chǎng)照明、槽形燈具替代、高壓氣體放電燈(HID)替代、舞臺(tái)燈光等大功率照明應(yīng)用,高度集成CrM PFC及QR反激控制器:PFC段利用獨(dú)特的乘法器結(jié)構(gòu)提供低THD,而QR控制器利用專有谷底鎖定系統(tǒng)提速,并隨著功率減小降低開(kāi)關(guān)頻率,以提供高達(dá)90%的能效??商峁┕收峡刂埔_用于可編程的熱關(guān)斷,且可使用專用引腳禁用PFC。NCL30030支持700 V高壓?jiǎn)?dòng),提供高達(dá)30 V的寬Vcc范圍,內(nèi)置強(qiáng)固的保護(hù)組合,可進(jìn)行自動(dòng)恢復(fù)故障處理。
安森美半導(dǎo)體為NCL30030提供 NCL30030LEDGEVB評(píng)估板,支持90-305 Vac的輸入電壓范圍、60-210 V的正向輸出電壓范圍、 700 mA的輸出電流和高達(dá)150 W的輸出功率。
智能照明
智能照明通過(guò)通信及傳感技術(shù),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制(導(dǎo)通或關(guān)斷,調(diào)光或改變色彩)及監(jiān)測(cè)(遠(yuǎn)程診斷),從而以更少電能執(zhí)行相同或更多任務(wù),達(dá)到提升能效、節(jié)能的目的。
(一) 通信
1. PLC調(diào)制解調(diào)器/電力線驅(qū)動(dòng)器
電力線組成了全世界最大的銅基礎(chǔ)設(shè)施,電力線通信(PLC)已成為用為主要通信及控制鏈路的符合邏輯的途徑。使用PLC調(diào)制解調(diào)器可實(shí)現(xiàn)雙向通信,以構(gòu)成完全聯(lián)網(wǎng)的智能系統(tǒng)。安森美半導(dǎo)體提供PLC調(diào)制解調(diào)器NCN49599、NCN49597用于智能電網(wǎng)、AMIS49587用于智能電表,以及功率放大器NCS5651用作驅(qū)動(dòng)。
NCN49597基于ARMCortexM0內(nèi)核微控制器(MCU),同時(shí)支持AC及DC工作,每通道最大波特率達(dá)4.8k,支持A、B、C及D波段,且提供可編程軟件,而NCN49599在NCN49597基礎(chǔ)上還集成1.2 A、兩段式功率放大器。AMIS-49587基于 ARM7 MCU,僅支持AC工作,每通道最大波特率為2.4k ,支持A、B波段。這些調(diào)制解調(diào)器都采用領(lǐng)先的擴(kuò)頻型頻移鍵控(S- FSK)技術(shù),嵌入MAC+PHY,提供極低能耗。
圖5. PLC調(diào)制解調(diào)器/電力線驅(qū)動(dòng)器
2. KNX收發(fā)器
KNX是基于OSI的標(biāo)準(zhǔn)化(EN 50090, ISO/IEC 14543)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)定,用于智能樓宇。KNX網(wǎng)絡(luò)基于現(xiàn)有雙絞線,使用KNX收發(fā)器來(lái)通信。KNX承接及融合了此前的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn):歐洲家用系統(tǒng)協(xié)定(EHS)、BatiBUS及歐洲安裝總線(EIB或Instabus),并支持EN50090歐洲標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC14543-3國(guó)際標(biāo) 準(zhǔn)、GB/Z20965中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、ANSI/ASHRAE135美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)等開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。
KNX收發(fā)器可連接電路及傳感器,為建筑物內(nèi)9600波特KNX雙絞線(TP)總線提供溫度及亮度控制,而TP總線可提供數(shù)據(jù)通信及電源。安森美半導(dǎo)體的KNX收發(fā)器NCN5120集成20 V穩(wěn)壓器和兩路DC-DC轉(zhuǎn)換器,提供3.3 V固定電壓和3.3 V-21 V的調(diào)節(jié)電壓,用于照明控制、遮光和百葉窗控制、供暖、通風(fēng)、訪問(wèn)控制和遠(yuǎn)程控制,集成度高、物料單成本低。
(二)傳感
1. 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器無(wú)源紅外控制器(PIR)
針對(duì)照明及占用情況傳感市場(chǎng),安森美推出PIR NCS36000,可放大和調(diào)理源自PIR傳感器的信號(hào)。該器件的工作電壓為3.0 V— 5.75 V,集成低噪聲雙級(jí)放大器,并集成電壓參考以驅(qū)動(dòng)傳感器,內(nèi)部振蕩器帶外部電阻電容,支持單/雙脈沖檢測(cè),數(shù)字濾波器可將故障告警減至最少,可直接驅(qū)動(dòng)LED及繼電器??蛻艨啥ㄖ茢?shù)字濾波和模擬工藝,靈活且物料單 (BOM)成本比可相比擬的分立元件方案更少,適用于配合寬范圍的占用情況傳感器。
圖6:運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器PIR
2. 環(huán)境光及距離傳感器
安森美半導(dǎo)體提供NOA1212 、NOA1305環(huán)境光傳感器及NOA3302環(huán)境光及距離傳感器。該系列器件可根據(jù)EEPROM靈活定制,具0.0125流明檢測(cè),帶可定制的濾波(即適光性光回應(yīng)),提供暗電流及溫度補(bǔ)償、最低的平均每分辨率位的能耗,其高速模式I2C接口在斷電期間對(duì)總線工作沒(méi)有任何影響。
圖7 :環(huán)境光傳感器
(三)以太網(wǎng)供電(PoE)控制器
安森美半導(dǎo)體提供NCP1080、NCP1081、NCP1082、NCP1083、NCP1090、NCP1091、NCP1092、NCP1093、NCP1094用于PoE應(yīng)用,以NCP1083為例,它集成完全兼容的PoE和DC-DC控制器,可用于驅(qū)動(dòng)LED燈,而LED燈可通過(guò)PoE遠(yuǎn)程控制。當(dāng)以太網(wǎng)線纜上通電時(shí),NCP1083支持正常的PoE工作。而在以太網(wǎng)線纜上沒(méi)有通電時(shí),這器件接受輔助電源輸入,為應(yīng)用供電。NCP1083符合IEEE 802.3at標(biāo)準(zhǔn),支持達(dá)40 W穩(wěn)壓功率的擴(kuò)展功率范圍,峰值能效高達(dá)89%。
圖8:PoE控制器NCP1083
結(jié)語(yǔ)
在節(jié)能、環(huán)保及全球LED照明迅猛增長(zhǎng)的趨勢(shì)下,LED球泡燈等已幾乎家喻戶曉,而隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步,LED成本及性能水準(zhǔn)已大幅提升。安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商,積極推動(dòng)高能效創(chuàng)新,提供寬廣陣容的高能效電源產(chǎn)品及方案,涵蓋從高集成度功率因數(shù)控制器、AC-DC控制器、DC-DC控制器,到分立MOSFET、整流器、IGBT等,以及智能功率模塊(IPM)和功率集成模塊(PIM)等,用于計(jì)算機(jī)、消費(fèi)(電視機(jī)、DVD、機(jī)頂盒、游戲機(jī)等)、白家電、電信、工業(yè)及LED照明等重點(diǎn)應(yīng)用,符合或超越各種能效規(guī)范。未來(lái)安森美半導(dǎo)體還將持續(xù)推出新系列AC-DC通用照明方案以滿足各類應(yīng)用。
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