两款智能LED照明系统评测与电路设计

调查显示，全球每年因使用传统白炽灯照明而产生了大量的能源消耗，而LED照明能有效降低能耗和减少温室气体排放，所以无论从环保或者自身节约成本的角度来看，LED照明是目前市场上高效能的照明解决方案，而且随着全球各国相继提出淘汰白炽灯、推广LED灯，相信今后LED照明是大势所趋。

当然，虽然LED灯能够替换现有光源并可在照明系统中快速应用，但是采用LED对现有光源进行改装并非普遍假定的那般简单。首先，LED灯并不具有类似于白炽灯的电阻特性，其次，LED灯的额定功率通常会显著低于现有光源的功率，在工作时，会导致闪烁等干扰效果或频闪等其它类型的光调制，所以，要普及LED照明，一款优异的LED照明解决方案是必不可少的。今天爱板网就给大家推荐两款优异的小功率LED照明解决方案——EVALLEDICL8201F1模块以及EVALLEDICL8201F2模块，分别可以适用于GU10以及T8型的LED应用。

由于两款模块都是基于LED电源应用，又都基于英飞凌同一款LED控制芯片ICL8201，在整体的电路结构上差别不大，主要是针对两个特定LED领域的应用，在MOS管的选择上有些许出入，所以接下来我们主要针对一款LED电源模块（EVALLEDICL8201F1模块）做详细的介绍，另一款（EVALLEDICL8201F2模块）则作为比较对象，而在实际的测试环节中，我们会将两款LED电源模块分别在极限负载条件下进行测试。

EVALLEDICL8201F1模块

首先来看下爱板网拿到的样品，包装盒是简单的牛皮卡纸，EVALLEDICL8201F1模块用静电袋包裹着，总共拿到的是两个模块。

打开静电袋初略一看，EVALLEDICL8201F1模块外型跟爱板网先前评测过的15W_CE1K0电源模块（评测）差不多的样子，不过板载元器件更少，更为简单，大小也只有33mmx 20mmx 18mm，如下图所示。

EVALLEDICL8201F1模块是一个低成本、高效率、高功率因数的通用LED照明解决方案（7.5W、180mA），其基本的参数如下：

输入电压&频率：90VAC~265VAC （60/50Hz）

输出电压，电流，功率：33V~47V， 180mA， 7.5W

通过EN55015认证（这里基本指灯具的电磁兼容认证）
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从模块的简单特性介绍，我们不难发现，这是一款宽输入范围的LED电源模块，主要包括了输入电源部分、LED控制部分、LED驱动电路，如下图所示。（下一页）

EVALLEDICL8201F1模块在电源部分会将交流电转换为直流电，然后滤波；控制部分通过英飞凌LED控制器ICL8201实现；在LED驱动电路上采用了英飞凌CoolMOS IPU50R3K0CE实现，整个模块的原理图如下所示，在这个原理图中，我们重点需要关注的是英飞凌LED控制器ICL8201以及CoolMOS IPU50R3K0CE。

英飞凌LED控制器ICL8201

我们首先来认识下EVALLEDICL8201F1模块搭载的核心——英飞凌全新的LED控制器ICL8201。

ICL8201是一种串叠（共源共栅）结构电流模式控制器，采用了SOT23-6封装，支持实现小尺寸和低成本的设计，适用于非隔离浮动降压拓扑结构，该串叠拓扑结构可以降低系统成本，提高系统效率。那有人就有疑问了，如何降低系统成本？又是如何提高系统效率呢？

如上图的参考设计所示，高度集成的 ICL8201 控制器电路结构无需使用辅助绕组为 IC 供电，也无需使用高压耗尽型 MOS 管，就可实现快速点灯，这就大大降低系统成本。另外，串叠拓扑结构消除了启动电阻在整个工作期间产生的损耗，有助于提高系统效率和可靠性。

对于英飞凌的这颗ICL8201，笔者总结了以下几个优点：

所需外部元件很少，支持小尺寸和低成本

IC支持单电感，无辅助绕组

先进的串叠结构，无需高压启动单元，支持90~305Vac

完整的保护模式，包括智能过温保护

LED输出电流高达500mA

ICL8201支持直流和交流输入，能实现高功率因数校正 （PFC），在临界导通运行模式下提高效率并减少 EMI 设计，无需过零检测绕组，搭载外部功率开关（比如参考设计中的CoolMOSFET系列），最大能提供 500mA 驱动电流，非常适用于 LED照明的驱动电源平台设计，另外，其ICL8201搭载的过温保护功能可以有效保护产品，如下图，在135℃的时候，电流完全截止了。

CoolMOS IPU50R3K0CE

IPU50R3K0CE是英飞凌CoolMOS系列MOS管，具有非常低的通态电阻Rds以及Eoss，适用于FPC、硬开关PWM、谐振开关PWM等功能的应用，MOS管的具体的参数如下所示。（下一页）

注：表格中的参数是MOS管选型的重要依据，VDS、ID代表电路中的电压与电流可容许的最大值，但是在实际设计中应该留有余量。RDS是MOS管的通态电阻，影响开关电源的转换效率，Qg是指MOS管结电容，影响MOS管开关的损耗，开关频率越大，Qg的参数就越加重要。

EVALLEDICL8201F2模块

看完EVALLEDICL8201F1模块，我们再来看看英飞凌的另一款EVALLEDICL8201F2模块会有什么不同，如下图所示。

EVALLEDICL8201F2模块大小为42mm x 20mm x 15mm，个头要比EVALLEDICL8201F1模块大一点，同样采用了串叠（共源共栅）结构电流模式控制器ICL8201控制器，非隔离式结构。从下图的对比中可以看到，两个LED电源模块重要的区别在于MOS管的选型。

EVALLEDICL8201F2模块采用了英飞凌IPS65R1K5CE （IPAK） MOS管，相比EVALLEDICL8201F1模块搭载的MOS，它具有更高的额定电压电流值，并且具有更低的通态电阻值，但是，相对的，它的MOS管结电容要稍大，会影响MOS管的开关损耗，所以电源工程师设计的时候要根据实际应用综合考虑来选择适合的MOS管，有关IPS65R1K5CE的具体的参数如下表。

最后，我们来对比下两个LED电源模块的参数，如下表所示：

EVALLEDICL8201F1 & EVALLEDICL8201F2 实际应用表现

实验准备：

EVALLEDICL8201F1模块 & EVALLEDICL8201F2模块

功率分析仪一台（YOKOGAWA WT3000，特别感谢苏州欧姆尼克新能源科技有限公司提供仪器测试）

电子负载（由于没有相应的LED电源模块作为负载，暂时用电子负载来代替）

将测试的东西准备好后，搭建测试平台，输入电源采用了宽电源的交流输入（EVALLEDICL8201F1：90VAC~265vac，EVALLEDICL8201F2：170VAC~277VAC），输入电源首先经过功率分析仪，然后再作为电源模块的输入；由于模块都是恒流输出，所以用电子负载充当一个“负载”，负载范围为两个LED模块的最大值，最小值以及中间值，测试平台如下所示。（下一页）

EVALLEDICL8201F1模块测试结果

我们首先进行了EVALLEDICL8201F1模块的测试，测试范围选取了模块标准的可承受的负载的极限值（33V~47V，180mA输出），具体测试的数据如下：

综合来看，英飞凌EVALLEDICL8201F1模块整体的效率不错，在89%左右；而在每个测试环境下，在最低输入电压时，功率因数要大于95%，而在最高输入电压时，功率因数大于80%；另一项总谐波失真（THD）在最低输入电压的时候要小于20%，而在最高输入电压时则小于30%。

以负载为中间值的测试情况（LED在40V， 180mA输出的负载条件下）为例，我们根据测试的数据可以画出EVALLEDICL8201F1模块相应的功率因数和总谐波失真与输入电压的关系，图表如下图所示。

可以看到，以国内的市电情况（220Vac），我们根据英飞凌EVALLEDICL8201F1模块还是能设计出比较优秀的LED照明解决方案。

EVALLEDICL8201F2模块测试结果

另外，我们也测试了下另一款EVALLEDICL8201F2电源模块，这款是针对T8型LED的应用，功率要比EVALLEDICL8201F1模块大一些。

同样，搭建测试平台，不过需要注意的是EVALLEDICL8201F2模块的输入电压为170Vac~277Vac，输出为18W、270mA，测试过程就不一一描述了。可以看到，EVALLEDICL8201F2电源模块的效率要稍微优于EVALLEDICL8201F1模块，这要归功于上面我们所说的那颗通态电阻值更小的MOS管。

本文介绍了英飞凌推出的7.5W、180mA小功率的LED照明解决方案EVALLEDICL8201F1 以及18W、270mA针对T8型LED应用的EVALLEDICL8201F2模块，两个模块都是基于英飞凌最新的LED控制器ICL8201，ICL8201具有众多优异的特点，如：支持单电感，无辅助绕组、具有先进的串叠结构，无需高压启动单元，支持90~305Vac的宽电压输入范围、所需外部元件很少，配合英飞凌IPU50R3K0CE 或者IPS65R1K5CE CoolMOS管系列，可以实现针对GU10型以及T8型LED照明系统的小尺寸、低成本的解决方案。