基于高度集成的IC使LED灯符合EMC和电能质量标准

比较照明技术时，最有意义的指标便是发光效率，以流明/瓦(Lm/W)表示。白炽灯和卤素灯在这方面显得尤为不足，其额定发光效率为15Lm/W~ 20Lm/W，而紧凑型荧光灯的发光效率通常为50Lm/W。但在过去的几年中，HB(高亮度)LED甚至已超出这一数值，到2012年可望达到150Lm/W之多。除了能效更高外，LED灯还具有工作寿命更长以及工作和维护成本更低等优势。因此，HB LED灯有望在未来几年中成为重要的家用和商用产品。由于将LED功率驱动电路装入标准灯壳具有难度，因此早期的一些LED灯泡并没有内部滤波器，也就谈不上符合EMC标准了。而且，其中很多的LED灯泡都采用了低效能的电容降压式电源，而不是开关式镇流器。这种方法可造成交流市电电流不平衡，因而导致某些设备的电能质量问题。

设计目标

本设计用于为一串额定电流为300mA的3个HB LED(相当于10W的标准白炽灯)供电。在正常工作情况下，输出电压被串联LED的正向压降箝位在约9.5Vdc，但该电路必须达到12Vdc，以便为二极管的性能变化留出余地。其拓扑结构为开关式恒流离线式降压稳压器，能够在整个85

Vac~ 265Vac通用输入范围内和47Hz ~ 64Hz的线电压频率下进行工作。其它设计目标包括高效能、低成本及符合EN55022A EMI要求。该设计可以集成到标准灯壳中(Edison螺口灯泡和卡口卤素灯均可)，非常便于替换现有的灯泡。EMI符合性考量

由于空间和成本限制，市场上有很多LED灯的设计并不符合传导EMI规范。但本文中的设计利用了集成到PI的LinkSwitch-TN功率转换IC中的频率调制特性，因此可以使用体积更小的EMI滤波器。

设计细节

Power Integrations的LinkSwitch-TN LNK306DN集成功率转换IC中含有一个完全集成的700V功率MOSFET，因而无需外部电源器件。离线式非隔离降压拓扑结构可以在连续导通模式下，以66KHz的最大频率进行工作。该频率采用4kHz的峰峰值频率抖动进行调制，可以简化对EMI滤波器的设计要求。虽然本设计采用了降压拓扑结构，但这种IC还可以配置为降压-升压转换器。而非常关键的一点是，LinkSwitch-TN LNK306DN采用了小型SO-8封装，这对于此应用结构设计是很大优势。

转换器和EMI滤波器的设计原理参见图1。根据电流检测电阻器R8和R10之间的压降，电流控制环路被设置为所需的恒定电流值。虽然标准设计支持的是300mA的电流，但仍可以轻易适应最高360mA的输出电流。Q1和Q2可以放大检测到的压降，以便使用电阻值较低的电流检测电阻器来最大程度地降低功率耗散。EMI滤波器采用p型拓扑结构，并含有一个可熔阻燃电阻RF1，以用于过载保护。

设计转换器和EMI滤波器时只需要25个器件，完全不需要PCB板和连接器件。该应用的电气设计最大的挑战是结构设计，特别是将转换器和EMI滤波器都集成到标准灯壳的设计。然而，该设计正好能装入Edison螺口灯座(E27)和卤素灯卡口灯座(GU 10)。卤素灯卡口灯座的尺寸参见图2。

如果圆形PCB大得能够容纳所有转换器和EMI滤波器元件的话，它就无法装入灯座中。因此我们决定将设计划分为两个圆形PCB，一个用于转换器电路，另一个用于EMI滤波器。转换器电路板的最终直径为19.66 mm，而EMI滤波器的最终直径则为16.91 mm。这些电路板然后进行叠加，并与离散布线互连完成装配。虽然该设计的功能满足要求，但仍存在传导辐射问题。由于两个PCB比较接近，开关电流会从转换器电路板耦合到EMI滤波器电路板，从而降低EMI滤波器的性能。通过在这两个电路板之间放置“屏蔽”PCB，这一问题便得以解决。而第三个电路板只是一层铜，并无电路。它被电气连接到EMI滤波器负输出端与转换器负输入端的接合处。这样，总装便由三个叠加在一起的圆形电路板组成。增加第三个电路板既简单又节省成本，不但解决了耦合问题，还达到了EMI性能要求。

性能

本参考设计如果采用120Vac的标称输入电压，电路效率将会超过62%。输入电压为220/240Vac时，效率将超过56%。根据EN55022A限制，采用准峰值和平均读数在输入电压为115Vac和230Vac时表现出传导EMI特征。在最差条件下，当输入电压配置为230Vac时，此电路可通过标准并有7dB的裕度。当输入电压为115 VaC时，裕值更高。在参考测试报告中提供有其它EMI图以及正常工作和启动期间的波形图。

结论

尽管存在一定的物理性限制，但是，以具有成本效益的方式将高性能HB LED灯的电子镇流器集成到标准灯壳中是完全有可能的，并仍可符合EMI法规和电能质量标准。此外，应用指南、设计工具以及新推出的LED照明应用站点都可以为设计提供广泛的支持。RDK-131参考设计的出现，必将加快新型HB LED照明产品的上市步伐，并大大缓解当前符合EMI标准的产品不足的担忧。