ST推出LED电源全套方案 加速LED照明普及

　　为提供各种场域所需要之节能照明，ST(意法半导体)推出一系列完整的电源设计方案与相关产品组合，从低瓦数到高瓦数产品皆一应俱全，让电源设计工程师能够依据产品的用电特性，来选择适合的电源产品解决方案，以开发出物美价廉且能效超高的LED照明相关产品。

　　四大LED照明领域 皆采不同电源设计

　　ST(意法半导体)技术营销经理萧复元先生，针对“意法半导体产品与解决方案：LED照明”议题做演说。他以LED照明相关产品的角度出发，来说明其电源设计的各式解决方案。

　　有关LED照明的拓朴，大致可以区分成四大区块，包含：(1)室内照明&聚光照明(<15W，小于15瓦)，这类照明采用一般普通的非隔离式降压或升压的Flyback：PSR(返驰式：初级侧调节技术) 来设计。(2)室内/户外照明(15～100W)，这类照明可采用Passive PFC + Flyback(被动式功因校正+返驰式)、Single Stage PFC(单级返驰式功因校正)或 Active PFC + Flyback(主动式功因校正+返驰式)。(3)户外照明/路灯(100～250W)，可采用Active PFC + Flyback、Active PFC + QR Flyback(准谐振返驰式) 或 PFC + LLC Resonant(功因校正+LLC谐振)。(4)特殊照明，如车用照明(AEC-Q100规范)。

　　至于一般LED照明的应用，则可区分成六大类别，包括：居家、商用、户外、路灯、大区块、紧急照明等。

　　而驱动这些LED照明应用市场的最关键因素，主要就是这三项：(1)效率，亦即注重PFC(功率因素校正)要高，例如能源之星就规范了5瓦以上的高功因产品，室内与商业照明的功率因素必须大于0.7和0.9。(2)信赖性，亦即MTBF(平均故障间隔时间)要低，例如采用无e-cap (电解电容)的电路设计方式，便可减少对温度的敏感度，以增加稳定性。(3)体积小，亦即在革新照明&球泡灯替代方案，包括3～20W等的产品中，其电路必须要能塞入很小的空间，且具备Triac Dimmable(前缘式矽控调光)功能，以增加整体稳定性。

　　若以电源的瓦数来区分照明应用，则可分成：Retrofit(如球泡灯)、Linear(如日光灯)、Panel(如平板灯)、Street(路灯)等。瓦数依序为3～15W、15～75W、>100W等低、中、高瓦数的3种，各种瓦数的电源架构设计与需求上也有所不同。

　　例如：(1)低瓦数(15W)须具备高功因、电源与灯体采单一封装、矽控调光、体积小等特性，LED电流在10mA～1A，采单串设计。(2)中瓦数(15～75W) 具备高功因、采电源板与控制板分离设计、后调控与调光、低成本等特性，LED电流在100mA～1A，采单串或多串设计。(3)高瓦数(>75W)则同样具备高功因、采电源分离设计、创新的数码调光方法、远程控制、宽温设计(-40°C)、ZVS(零电压转换)等特性， LED电流在100mA～1A，采单或多串设计。

　　方案众多、功因超优 符合各式照明需求

　　以一般15W以下的照明产品，其电路架构来说，5W以下一般都是搭配一组QR Flyback转换器，而5W至15W的一般除了有高功因的QR Flyback转换器之外，也有搭配前Triac调光的高功因Flyback转换器设计。QR Flyback的好处是可以减少切换的能耗损失，提升能源效率大于80%，比起传统Hard switching(硬开关)设计的75%还高，因此适合应用在LED灯的电源设计。

　　一般连接AC(交流电)的标准电源供应器，应用在需要直流电的LED灯时，我们可以透过更改其架构，包括将Voltage reference IC(基准电压IC)换成CC/CV控制器。甚至将驱动IC、MOSFET(金属氧化层场效晶体管)等元件，以集成PSR的作法，便可把光耦合器、基准电压IC等元件省略。

　　因为不同瓦数的照明产品，就有不同的电源设计需求，因此ST针对不同的产品应用，推出各种相关的因应解决方案。在一般照明(<15W)的产品部分，有5W的HVLED805、7W的HVLED807PF与15W的HVLED815PF等产品。具备高集成度、低零件数、高功因与低THD(总谐波失真率)等特性。

　　可调光稳压设计 高质量无可代替

　　而在Triac调光的方案，例如STEVAL-ILL044V1采独立设计，采美规(90～132V)可调光设计，输出电源为9W、175mA，具备能源效率>86%，高功因>0.98，THD值<20% 等特性。因为具备调光的产品，大多区分为美规与欧规两种电压的产品，ST也正着手开发欧规(高达230V)搭配Triac的方案，甚至未来可能开发Universal(全电压，90～230V) 的产品，以满足各种客户的需求。

　　萧复元表示，以传统9W Triac可调光的电路设计，在一开灯的时候，其Line Voltage(线路电压)会突然遽增然后缓降到稳定，而Line Current (线路电流)则因为Triac无法固定住电流而产生所谓的Ringing(振荡)波形，造成灯泡刚点亮时会有Flicker(闪烁)现象。而HVLED815PF这个LED控制器，其Input EMI filter(输入滤波器)有加入Damping circuit(阻尼电路)，透过加入R-C等元件，可让灯泡在刚通电的时候，Line Current能够维持稳定的线形、减少Ringing，让灯泡刚开启时，不会出现闪烁现象。

　　而HVLED815PF如何达到高功因的方式，其透过Diode(二极管)来增加低电压时的转换效率，且在调光时透过在整流器上加入一个AC元件，透过内部IC控制器来比较其麦当劳波，让其功率表现更好。

　　至于<15W的Triac调光方案，STEVAL-ILL045V1是一种非隔离设计，其拿掉clamp circuit(钳位电路)的设计，让次级绕组为初级绕组的一部分，在FET的汲极电压overshoot(过冲)较少，因此可以提升其功因。

　　中高瓦数方案多 提升功因不用愁

　　在15W～75W的中瓦数解决方案部分，以单串LED设计部分，大多以一组高功因的Flyback转换器搭配CC/CV控制器来实作。而多串LED则在上述的转换器后面，再加入Monolithic Buck Converter(单芯片降压转换器)，以及多颗Inverse Buck Converter(反向降压转换器)，然后搭配类比方案的Analog Controller(类比控制器)或搭配数码方案的MCU(微控制器)，来达到多串LED的电源控制。

　　其电路图架构部分，单串的设计中，以PFC控制器部分，采用了ST L6562A/AT、L6564(T/H)等来做顺态模式的PFC控制，MOSFET部分采用ST SuperMESH 5 Power MOSFET(800V～950V)，具有独特的静态与动态效率。而在CC/CV控制器部分，则采用TSM101(CC/CV控制)与SEA05、SEA01(具数码调光功能)等CCC控制器。值得说明的是，数码调光透过preset(缺省参数)的方式，预先将调整好的数据写入内部的存储器，其优势是在量产时可以节省人力成本。

　　至于多串LED、类比电路的设计架构上，其经过AC-DC转换后，接著采用两组DC-DC Buck LED驱动IC(如ST LED5000、LED2001、LED2000元件)搭配Schottky(萧特基)二极管，最后经过两组DC-DC Inverse Buck LED驱动IC的作法来达成。由于Standard(标准)降压转换器因为是浮动的，必须具备电荷帮浦电路，而采用Inverse(反向)降压转换器，其功率型MOSFET的汲极是接地的，具有容易控制的特性。

　　再来看高瓦数应用产品。以75W搭配PLM(Power Line Module;电力线模块)来遥控的高阶产品来说，其架构就是前缘采用高功因Flyback，然后连接两组Inverse Buck(独立串设计)，然后连接STEVAL-ILL043V1这个PLM远短遥控模块，让其使用电力线就能够遥控其LED灯的开闭状态。以建筑户外照明(>75W)的多串(类比或数码驱动)电路设计部分，搭配ST的各种产品，可以做到电源效率>93%。整体平均效率>87%。

　　在>75W的数码LED电源设计部分，采用其EVAL STLUX385，具有4通道LED与调光功能，并具备可透过DALI、USART等传输接口来远程遥控的特色。STLUX385A照明和电源管理数码控制器已获得CES 2014创新奖，是全球首颗以可编程芯片解决所有应用需求的数码控制器。

　　其规格上支持12～50V，4组独立可组态的LED通道，每通道可支持3～10颗LED灯，且具备断路与短路保护设计。适合应用在专业照明、路灯、灯光混色与调色等各种应用需求。

　　整体来说，ST提供不同瓦数、架构、调光等一般LED照明应用的整体解决方案，包括类比或数码电路等方法，并提供多样设计工具(如评估板)、开发套件、设计工作表和应用笔记，能让LED照明的电源设计更简化、更轻松、更有效率。

编辑：Lemon