簡化設計以提供恆定亮度

快捷半導體應用工程部經理Yong Ann Ang 洪涌桉。

Fairchild(快捷半導體)公司應用工程部經理Yong Ann Ang(洪涌桉)先生，針對「Simplifies Design & Delivers Constant Brightness—Single-Stage PSR Flyback for LED Lighting Designs」(簡化設計以提供恆定亮度－適用於LED照明設計之單級反馳式轉換器之初級側輸出恆流控制器) 做專題演說。

他分享LED照明專用驅動器的關鍵元件與設計上的挑戰，包括臨界導通模式(CRM)之單級反馳式基礎、非連續導通模式(DCM)之單級功因校正(PFC)的初級側調整(PSR)反馳式電路設計、新一代單級PSR反馳式控制器：FL7733A、搭配FL7733A的類比調光應用等。

為提供恆定電流(CC)，以維持LED燈的恆定亮度，在LED驅動電路的設計就備受挑戰，許多客戶都希望電壓或電流正負誤差別超過±5％，為達到這樣的需求，IC設計方面則要特別的控制技術與電路設計。

另外，為了能達到綠色能源的要求，PF(功率因素)值在照明應用上也有所規範。美國能源之星規定≦5W產品PF值須≧0.5，家用照明＞5W產品，PF值必須≧0.7，若用在商業照明則PF要≧0.9(更高瓦數的應用，PF值則要更高)。

至於總諧波失真(THD)值，Class C(＞25W)的THD也必須≦30%，調光規定則是能夠連續性調光(亮度等級從35%？100%，而有些客戶還要求更低)，NEMA也規定作業電壓必須支援120/127/208/220/230/240/277/347/480VAC @50/60Hz，12V/24V AC或DC。

LED驅動器的關鍵元件  面臨市場需求而必須提升

在LED照明驅動器的關鍵元件中，使用不同的設計就會有不同的品質。以商照應用中，除了MR16聚光燈(低電壓輸入)不要求PF值之外，一般仍要求PF值在＞5W產品必須≧0.9。在THD值部份，客戶要求THD值在＞25W產品中必須＜25％ (俄羅斯更要求到＜10％)。

因此，市場趨勢與設計的挑戰在於，PF值縱使在≦5W的應用中也要能符合規範；而THD在「燈泡」應用上則無嚴格要求。

至於LED驅動板的供電效率值(η)，一般要求非調光產品必須＞85％，調光則＞80％，為提高功效，BOM表增加在所難免；在調光相容性部份，則要支援相切調光器(Phase cut dimmer)、0？10V、DALI (數位可定址調光介面)等，也必須採用無閃頻？閃爍的相切調光器，或用新介面的調光器。

傳統單級反馳式PFC解決方案，大多使用CRM的PFC控制IC。這種架構的控制方式雖然可讓輸入電流追隨輸入電壓，但因為Duty的改變，造成PF值仍無法達到非常好的結果。

他解釋CRM架構的相關函式定義與工作原理，說明這種架構雖有不錯的PF值？和THD，效率也不錯。但由於CRM的波形中，輸入電流等於平均(過濾後)的MOSFET電流，使得其輸入電流並非正弦波，PF和THD仍有改善的空間。不同傳統的CRM的控制方法，快捷採用固定導通時間搭配定頻DCM操作模式，可以讓輸入電流更完整的呈現正弦波。

DCM取代CRM電路  全面提升LED驅動器效率

DCM單級PFC的PSR反馳式之LED電路設計，在85？305VAC的情況下，可以做到絕佳的PF值(≧0.9)與THD值(＜10%)，也能去除輸入電解電容，降低電路成本，同時還提供多種電路保護，如LED開路？短路保護、過熱關機、電流限制等，且利用TRUECURRENT的專利技術，達到非常精準的輸出恆流控制。

Fairchild的FL7733A，就是一款高度整合的PWM控制器，適用在單級反馳式PFC架構且具備PSR技術恆定輸出電流(CC)的LED電路設計，可提供精確的恆定電流(CC)，誤差＜±3％，PF/THD值為≧0.9 /＜10%、線性頻率控制與DCM運作模式下仍具備高效率，超寬輸出電壓運作(10%？最大VOUT)、快速導通(<0.3秒@85VAC)，無過衝？下衝(VCOMI穩態預測)，BOM料少：單級PSR (免輸入電解電容、回授用光耦和穩壓器)，可應用在100W以下的非相切調光LED驅動器(A19/PAR30/38燈泡、嵌燈、平板燈泡、室內外照明)。

洪涌桉接著介紹其FL7733A效能測試平台，其採用8.4W(24V, 0.35A，全輸入電壓)設計。在搭配FL7733A裝置之下，精確恆定電流(CC)的容差率測試可達輸入電壓&輸出負載變化＜±1％，而溫度(25℃？100℃)誤差在＜±2.5％，Lm量產時的誤差＜±1％，而IC和IC間的內部參數誤差(KEAI/Vref)＜±2％。Trimming也可達到＜±2％。至於在PFC與THD的滿載量測結果，PF值都在0.914以上，且THD值也都在7.06%以下的水準。

若在高電流(50W)的測試情況下，傳統CRM模式的測試之下，雖PF值≧0.9，但THD值則只＜24%，而DCM搭配FL7733A在電路與佈線上均未更改情況下(參考設計板：FEBFL7733_52U050A，全電壓設計)，其測試結果在輸入電壓變化下，滿載時效率都能保持87%以上，輸出電流則保持1A左右。PF值依然維持有0.902以上，而THD更是降低到6.88%以下，證明FL7733A是絕佳的LED驅動器。