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LED照明驅(qū)動方案選擇
摘要: 近年來,,隨著LED在光效及成本等幾乎各個方面的持續(xù)改進,其應用領域不斷拓寬,,從傳統(tǒng)的便攜設備背光向中大尺寸LCD顯示器/液晶電視背光,、汽車及通用照明等領域不斷邁進,。不同的應用對LED的要求不同,,故需針對不同的應用選擇合適的LED驅(qū)動器,。
Abstract:
Key words :

  一,,1 W 至8 W 方案

  1 W 至8 W 的低功率LED 通用照明應用包括G13,、GU10,、PAR16,、PAR20和嵌燈等,。這類應用的輸入電壓范圍在交流90 至264 V 之間,,恒流輸出電流包括350 mA 和700 mA 兩種,,能效要求為80%,還要求提供短路和過壓保護等特性,。這類應用可以采用安森美半導體的NCP1015 自供電單片開關控制IC。該器件集成了固定頻率(65/100/130 kHz)電流模式控制器和700 V 的高壓MOSFET,,具備構建強固的低成本電源所需的全部特性,如軟啟動,、頻率抖動,、短路保護、跳周期,、最大峰值電流設定點及動態(tài)自供電功能(無需輔助繞組)等。

  NCP1015 既可用于隔離型方案,,也可用于非隔離型方案,,見圖1。

圖1  基于NCP1015 的1 W 至8 W 隔離型(a)及非隔離型(b)LED 照明方案

  值得一提的是,, “能源之星”新版固態(tài)照明標準的一個重要特點是要求多種住宅照明產(chǎn)品的功率因數(shù)最低達到0.7,。這類LED 照明應用的功率一般在1 W至12 W,最適宜采用隔離型反激電源拓撲結構,。但是,,現(xiàn)有標準設計技術的功率因數(shù)通常不到0.6。要改善功率因數(shù),,輕松符合“能源之星”要求,,可結合優(yōu)化的NCP1014LEDGTGEVB 評估板,采用安森美半導體的離線型8 W LED 驅(qū)動器參考設計。

 

 

  安森美半導體的NCP1014LEDGTGEVB 評估板可驅(qū)動1 至8 顆大功率高亮度LED,。該設計基于集成了帶內(nèi)部限流功能的高壓電源開關的緊湊型固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)轉換器NCP1014 構建,。由于NCP1014 采用固定頻率工作,,電流不能上升到高于某個特定點;導通時間的限制使輸入電流將跟隨輸入電壓的波形,,從而提供更高的功率因數(shù),。評估板電路圖見圖2,。

圖2  NCP1014LEDGTGEVB 電路圖

  二,,8 W 至25 W 方案(無PFC 及有PFC)

  在8 W 至25 W AC-DC LED 照明應用中,一種方案不要求功率因數(shù)校正(PFC),,另一種需要符合“能源之星”固態(tài)照明(SSL)規(guī)范規(guī)定的強PFC 要求,。該標準適用于一系列特定產(chǎn)品,,如嵌燈,、櫥柜燈及臺燈,,其中,,住宅應用的LED驅(qū)動器功率因數(shù)須大于0.7,,商業(yè)應用須大于0.9。

  不需要 PFC 的8 W 至25 W AC-DC LED 照明的典型應用如PAR30,、PAR38和嵌燈。這類應用的輸入電壓要求為85 至135 Vac 或185 至264Vac,能效要求大于80%,,提供短路保護及開路保護等特性,恒流輸出電流為350 mA,、700mA 及1 A 等,。為此,可以采用安森美半導體的NCP1028 或NCP1351,。NCP1028是一款增強型單片開關控制IC,,提供800 mA 峰值電流,還提供過功率保護,、內(nèi)置斜坡補償及輸入欠壓保護等特性,,適合在通用寬電源輸入應用中提供幾瓦至15 W 的輸出功率,。

圖3  基于NCP1028和NCP1351的8-15/25W AC-DC LED照明方案(無PFC)

  要求 PFC 的8 W 至25 W AC-DC LED 照明的典型應用同上,輸入電壓規(guī)格為90 至264 Vac,,其他指標與不需要PFC 的應用相同,,而功率因數(shù)要求高于0.9,。這類應用適合采用安森美半導體的NCL30000 單段式功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器。單段式拓撲結構無需專用PFC 升壓段,,減少了元器件數(shù)量,,降低了系統(tǒng)總成本。NCL30000 滿足IEC C 類諧波含量要求,,可直接驅(qū)動LED,具備精確恒流輸出控制,,在5 W 至15 W 較低輸出功率時能效高于80%,,典型能效高于83%,,并支持TRIAC 等現(xiàn)有調(diào)光方案。

圖4  基于NCL30000的8-25W AC-DC LED照明方案(有PFC) 

  三,50 W 至200 W 方案
  功率高于50 W 的AC-DC LED 應用廣泛用于街道照明及大功率區(qū)域照明,。其輸入電壓規(guī)格為90 至264 Vac,,功率因數(shù)高于0.9,,能效大于85%,提供短路及過壓保護,,恒流輸出為350 mA,、700 mA 和1 A,。此類應用可以采用單段式PFC LED 驅(qū)動器NCL30001 ,、CrM PFC+ QR PWM 驅(qū)動器NCP1607+NCP1377,,以及CrM PFC+ LLC PWM 驅(qū)動器NCP1607+NCP1397或NCP1392/3,以滿足不同需求,。

圖5 基于NCL30001的40-150W AC-DC LED照明方案

  4,,便攜設備及液晶電視LED 背光方案

  隨著LED性能及成本的改善,現(xiàn)在LED被廣泛應用在便攜設備和大尺寸LCD背光中,。便攜應用要求延長電池使用時間,,減小占板面積和高度,。安森美半導體的多種低壓便攜產(chǎn)品背光應用LED 驅(qū)動器方案可用于線性、電感型及電荷泵型等不同拓撲結構,。其中,,電感型方案總能效最佳,,電荷泵型方案的占板面積和高度最小,線性驅(qū)動器則適合簡單背光應用,。

  安森美半導體的CAT3200,、NCP5602、NCP5612,、NCP5623,、CAT3606、CAT3616,、CAT3626,、CAT3603,、CAT3604,、CAT3614,、NCP5603 等支持電荷泵方案的不同調(diào)光型產(chǎn)品,,如單模、雙模,、三模或四模方案等,。以NCP5623為例,這是一款高能效LED 驅(qū)動器,,帶有I2C 接口,,內(nèi)置漸進調(diào)光功能,,特別適用于驅(qū)動手機等便攜產(chǎn)品的RGB LED 裝飾光和增強型LCD 背光,。它可實現(xiàn)94%峰值能效和低于1 微安的待機電流,,將便攜設備電池工作時間延至最長,。該器件封裝極小,,僅需4 個無源元件,,并具備短路和過壓保護功能,。

  采用NCP1397 和CAT4026的46 英寸液晶電視背光方案由LED 背光轉換器(NCP1397 等器件)和LED 控制器(CAT4026 等器件)組成,。安森美半導體的NCP1397 初級端控制器配合帶正向電壓監(jiān)測功能的6 通道線性LED 驅(qū)動器CAT4026 等器件,支持低高度LED 背光液晶電視設計,,使電路板上高度低于8 mm,,總高度低于12.5 mm,還可以很好地處理寬范圍調(diào)光,、散熱,、故障保護等問題,使電源設計挑戰(zhàn)迎刃而解,。

  CAT4026 是應用于大尺寸側光式LED 背光液晶電視的多通道線性LED 驅(qū)動器的高性價比方案,,可以單顆IC 支持6 通道,,且易于分級為多達12 個或18個通道(相應采用2 個或3 個控制器),,目標能效高于90%,典型能效達94%,。此外,,該驅(qū)動器還提供正向電壓監(jiān)測功能,可以限制總體功耗,;還能為LED 開路及過多LED 短路等不同LED 串故障提供保護,。

圖6 基于CAT4026的液晶電視LED背光方案

  5,汽車照明LED 驅(qū)動方案

  LED在汽車照明中的應用多種多樣,,不同應用對LED電流的要求又各不相同,,故需要結合具體應用要求,選擇適合的LED驅(qū)動器方案,。

  安森美半導體針對LED汽車前照燈系統(tǒng)開發(fā)了NCV78663電源鎮(zhèn)流器及雙LED驅(qū)動器,。NCV78663是先進的高可靠性、高能效的系統(tǒng)級芯片(SoC) LED驅(qū)動器,,支持達2 A電流,,提供高于90%的總能效,驅(qū)動高達60 V電壓的多串LED,,能以PWM調(diào)光維持色溫及控制平均電流,,使設計人員能夠以一顆高集成度的SoC控制遠光燈及近光燈,、日間行車燈、轉向指示燈及霧燈,,所需外部元件極少,。這器件通過SPI接口與外部微控制器通信,在上電后動態(tài)地控制系統(tǒng)參數(shù),、檢測LED工作狀態(tài)并反饋診斷信息,。圖4顯示的是NCV78663在先進的汽車前照燈應用中的電路圖。

圖7 基于NCV78663的汽車LED前照燈應用電路圖

  此外,,安森美半導體針對尾燈,、方向燈、剎車燈及車頂燈等系統(tǒng)的驅(qū)動器主要有NUD4001及NUD4011線性LED驅(qū)動器,。這兩款器件的設計均用于在交流-直流應用中替代分立方案,,設計人員能夠利用外部電阻針對不同LED陣列設置驅(qū)動電流。不同的是,,NUD4001適合于5 V,、12 V或24 V的低壓應用,而NUD4011則最高支持200 V電壓,。圖5是用NUD4001 器件驅(qū)動一個200mA 的LED 的車廂頂燈電路,。

圖 8:用NUD4001 器件驅(qū)動一個200mA 的LED 的車廂頂燈電路

 

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