隨著高亮度發光二極體(HB-LED) 全面改善光輸出、能效及成本，同時結合小巧、低壓工作及環保等眾多優勢，LED照明(也稱固態照明，SSL)正掀起一場照明革命。而在節能環保的趨勢下，LED照明自然也成為眾多規範機構所瞄準的目標。例如美國能源部“能源之星”項目的1.1版固態照明標準自2009年2月開始生效，中國的中國標準化研究院也正協同相關機構，準備在2010年發佈中國版本的LED照明能效標準。

就“能源之星”的新版固態照明標準而言，此標準的一項重要特點是要求多種住宅照明產品的功率因數最低要達到0.7，其中的一些典型產品有可攜式檯燈、櫥櫃燈及戶外走廊燈等。這類LED照明應用的功率一般在1到12 W間，屬於低功率應用。這類低功率應用最適宜的電源拓撲結構是隔離型反激拓撲結構。不利的是，現有用於設計這些電源的標準設計技術通常使得功率因數(PF)僅在0.5至0.6的範圍。本文將分析現有設計功率因數低的原因，探討改善功率因數的技術及解決方案，介紹相關設計過程及分享測試部分資料，顯示此參考設計如何輕鬆符合“能源之星”固態照明規範對住宅LED照明應用功率因數的要求。

設計背景
典型離線反激電源轉換器在開關穩壓器前面採用全波橋整流器及大電容，選擇這種配置的原因是每2個線路週期內線路功率降低，直到零，然後上升至下一個峰值。大電容作為儲能元件，填補相應所缺失的功率，為開關穩壓器提供更加恆定的輸入，維持電能流向負載。這種配置的功率利用率或輸入線路波形的功率因數較低。線路電流在接近電壓波形峰值的大幅度窄脈衝處消耗，引入了干擾性的高頻諧波。

業界有關被動式功率因數校正( Passive PFC)的方案眾多，這些方案通常都使用較多的額外元器件，其中一種方案就是谷底填穀(valley-fill)整流器，其採用的電解電容和二極體組合增大了線路頻率導通角，從而改善功率因數。實際上，這個過程利用高線路電壓以低電流給串聯電容充電，然後在較低電壓時以較大電流讓電容放電給開關穩壓器。典型應用使用2個電容和3個二極體，而要進一步增強功率因數性能，則使用3顆電容和6個二極體。

圖1：典型填穀電路。

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近年來，高亮度發光二極體(HB-LED)市場快速發展，LED效能(efficacy，單位為流明/瓦或lm/W)增加了一倍以上，使用更加適用於眾多新應用，像我們在手電筒、建築照明及街道照明等應用中可以發現許多革命性的新產品。但LED要成為比白熾燈泡和省電燈泡性價比更高的照明系統，仍然面臨著挑戰。實際上，就許多應用而言，都涉及到基於寬輸入電壓範圍的電源來為HB-LED供電的挑戰。其中，軌道照明等通用照明應用猶為如此，這些應用採用可能很鬆散穩壓的12 Vac或12 Vdc電源。然而，LED需要以電流源而非電壓源驅動，因為根據製程容限及溫度的不同，HB-LED的正向電壓(額定值3.4 V)變化幅度可能超過±20%。

此外，就當前的1 W暖白光功率LED的流明量而言，通常需要3到4顆LED來替代1個20 W白熾燈的光輸出。而要獲得可預期及匹配的亮度和色度，也需要以恆定電流驅動LED。從架構角度來說，降壓-升壓拓撲結構符合這個要求，但它不如標準降壓或升壓拓撲結構那樣常見。但理解透徹的話，降壓-升壓拓撲結構也可以為輸入電壓(Vin)與正向電壓(Vf)有交疊的高性價比HB-LED照明應用提供許多優勢。

參考設計概覽

本參考設計文檔介紹經過精心建構及測試的GreenPoint® 1 W至5 W LED驅動器方案，用於MR16 LED替代應用。此參考設計電路適合驅動多種照明應用中的HB-LED，但其尺寸和配置針對MR16 LED替代應用。這類配置常見於12 Vac/12 Vdc軌道照明應用、汽車應用、低壓交流景觀照明應用，以及工作照明應用，像是可能採用標準現成交流電壓牆式適配器供電的櫥櫃燈及檯燈。

這參考設計的一項關鍵考慮因素，是在12 Vac輸入條件下，跨輸入線路變化及輸出電壓變化，實現平坦的電流穩流。此參考設計電路基於安森美半導體的NCP3065而建構，工作頻率約為150 kHz，採用非隔離型配置。NCP3065是一款單片開關穩壓器，支援12 Vdc或12 Vac電源輸入，設計用於為HB-LED提供恆定電流。除了NCP3065，這項參考設計還結合了自動檢測電路。此參考設計的功能方塊圖如圖1所示。

圖1：安森美半導體用於MR16 LED替代應用的1 W至5 W LED驅動器GreenPoint®參考設計方塊圖。

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