关键电源及LED照明更新技术应用方案

晶闸管关键电源及LED照明更新技术应用方案在人们环保意识越来越强的今天，节能绝不仅仅是热点议题，更是各国重要规范机构和业界领先厂商切切实实的行动项目。环顾我们的工作及生活环境，那些最常用、最常见或有极具节能潜力的电子电器自然首先成为节能行动目标，如计算机、平板电视、机顶盒、适配器/外部电源等电源应用及发光二极管(LED)照明等。全球重要的规范机构，如美国“能源之星”、美国80PLUS、欧洲能效行为准则(COC)、欧盟EuP、日本TopRunner、中国标准化研究院等，针对这些关键应用发布更新、更多的高能效规范，让电子产品能够以更少的电能来执行相同的功能，提高电能使用的效率。以多路输出台式机ATX电源为例，80PLUS银级规范、计算产业气候拯救行动(CSCI)银级规范自2009年7月开始生效，要求多路输出台式机ATX电源在额定输出功率的20%、50%和100%等条件下能效分别达到85%、88%及85%。后续的80PLUS金级和CSCI金级规范将于2010年7月开始生效，进一步将能效要求提高到87%、90%和87%。又如平板电视，随着尺寸的增大，其能耗日益成为业界关注的问题。“能源之星”针对电视的4.0版规范将于2010年5月1日生效，这规范要求可视屏幕对角尺寸为32英寸、42英寸和60英寸的平板电视在工作模式的能耗分别不超过78W、115W和210W，而后续将于2012年5月1日生效的5.0版规范则进一步要求这几种尺寸平板电视工作能耗不超过55W、81W和108W，参见表1。欧洲的EuP指令也有着类似要求。除了要求工作能耗降低，这些规范还要求降低待机能耗，因为数据显示，可观的电能是在待机模式下消耗的。“能源之星”等能效规范当前对待机能耗的要求是不超过1W，未来可能要求不超过0.3W甚至是不超过0.1W。而在笔记本电脑等产品中广泛使用的适配器/外部电源方面，“能源之星”的2.0版规范已于2008年11月1日开始生效。以“能源之星”的2.0版外部电源规范为例，这规范要求输出功率大于49W的外部电源(典型产品如笔记本适配器)的工作能效从1.1版的84%提升至87%，待机(空载)能耗从不超过750mW降低到不超过500mW，而功率因数(PF)也要求不低于0.9。欧盟EuP生态设计指令2005/32/EC规范No278/2009的第一阶段和第二阶段要求分别将自2010年4月及2011年4月开始生效，其中第一阶段的要求是输出功率大于51W的外部电源工作能效不低于85%，空载能耗不超过500mW，第二阶段的空载能耗要求不变，但能效要求提开至87%。晶闸管除了这些应用，LED照明或称固态照明(SSL)如今也是炙手可热的应用，1.0版的“能源之星”SSL规范已自2008年10月1日生效，要求关态(off-state)能耗为零，最低能效要求根据应用的不同(如聚光灯、户外灯等)而不同，功率因数要求方面，商业应用是不低于0.9，住宅应用是不低于0.7。电源及LED照明应用设计挑战这些关键电源及LED照明应用为设计工程师带来了挑战，既需要增加能效密度，又要改善功率因数，并提高产品的可靠性。具体而言，由于总能效要求及散热限制，设计工程师必须致力提升能效，即便是在低功率应用(或轻载)时也是如此。此外，并不是只有在较高功率电平时才要求功率因数校正(PFC)，相对较低的功率时也可能要求PFC。此外，这些应用中常常会面临空间受限的问题，特别是在以LED照明替代传统灯泡的应用中。总体可靠性也非常重要。输入电源范围也要更宽，支持277Vac电压。此外，还面临一些特定照明要求，如三端双向可控硅可控硅可控硅是一种以硅晶体为材料的P1N1P2N2四层三端器件的大功率半导体器件,一般由两晶闸管反向连接而成.它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。[全文]开关元件(TRIAC)调光等。应对策略要应对这些关键电源及LED照明应用的设计挑战，需要采用更新的技术或优化的电源拓扑结构及方案。以平板电视应用为例，为将能效提至最高，可将传统采用的冷阴极荧光灯(CCFL)背光替换为新兴的LED背光，如直下式背光或侧光式背光，不仅有助于纤薄型电视设计，还帮助降低能耗，提升能效。如果维持采用目前性忦比仍然更高的CCFL背光，也可以采取不同的有效措施，如在提供同等光输出的条件下减少灯数量及降低能耗，或采用新颖的逆变器驱动器方案，如液晶电视集成电源(LIPS)，减少一个电源转换段，提升能效并降低成本。安森美半导体以领先产品及方案来支持高能效趋势安森美半导体身为首要的高性能、高能效硅方案供应商，提供电源管理及LED照明方案来节能，帮助客户满足并超越世界各地的电源规范标准(工作能效、待机能耗、低静态电流及功率因数校正等)，成本平价或比传统方案更低。需要强调的是，安森美半导体采用整体途径来实现高能效，包括：1)降低待机(空载)能耗。包括使用准谐振(谷底开关)、在2段式转换器关闭PFC段等更好的拓扑结构，以及采用频率反走、跳周期、软跳周期和高压自举(bootstrap)电路等新技术。2)提升电源工作能效。包括使用更好的器件，如场效应晶体管(FET)和二极管，以及使用更好的拓扑结构，如频率反走、同步整流，及准谐振、完全谐振、有源钳位(反激或正激)等软开关技术。晶闸管3)功率因数校正(或减少谐波)。包括将PFC与主转换器结合，以及优化指定应用和电平的PFC控制模式，如非连续导电模式(DCM)、临界导电模式(CrM)或连续导电模式(CCM)。安森美半导体针对这些关键的电源及LED照明应用提供众多的领先产品，如PFC控制器、交流-直流(AC-DC)控制器、高压MOSFET、LED驱动器、整流器、次级同步整流控制器、直流-直流(DC-DC)开关稳压器及低压降(LDO)稳压器，并基于这些领先产品提供高能效的GreenPoint?参考设计，用于ATX电源、笔记本及打印机电源适配器、电视、固态照明及其它应用。图1：安森美半导体用于ATX台式机的能效高于85%的255W电源参考设计例如，安森美半导体用于台式机ATX电源的255WGreenPoint?电源参考设计在100、115、230及240Vac输入电压条件及25%、50%及100%额定输出功率等条件下的能效高于85%，符合80PLUS银级能效规范及“能源之星”5.0版台式机电源规范，并符合IEC61000-3-2功率因数要求，功率因数在多种输入电压条件下高于0.95。值得一提的是，这些数据均是在41长的线缆末端获得，经过了完全测试，强固且性价比高，属于可投产型设计，参见图1。又如，在通用LED照明应用方面，安森美半导体对一款从零售商店购得的卤素灯台灯，采用LED模块进行重新设计。原35W卤素灯在120Vac时的输入功率为41.7W，亮度为744流明，而基于安森美半导体NCP1014构建的LED模块的LED台灯在120Vac条件下的输入功率仅为10.9W，即能耗仅相当于传统卤素灯的1/4，但光输出却高于卤素灯，达到795流明。这采用LED模块的新台灯设计既减小产品体积，又极佳地实现节能。这LED模块的电路图参见图2。安森美半导体旨在成为高质量、高性价比、高性能电源管理方案的首选供应商，除了推出关键的控制、驱动及电源转换IC，还配合推出高压MOSFET及整流器产品，并提供丰富的整流器封装系统，包括新的SO-8FL整流器封装，其热性能几乎与DPAK小巧封装一样好。总结：计算机、平板电视、适配器等关键电源应用及LED照明应用面临更高能效要求，并为设计人员带来挑战。安森美半导体现有构建高能效电源及LED照明应用的先进技术及产品，且是完整解决方案供应商，提晶闸管供高性能、低系统总成本的差异化GreenPoint?参考设计，既提升工作能效，又降低待机能耗，同时还提供高功率因数，以整体途径帮助客户符合或超越世界各地的高能效规范要求。