近年來,，高亮度LED的應用領域不斷增多,，涵蓋從移動設備背光、中大尺寸LCD背光,、汽車內部及外部照明及通用照明等寬廣范圍,。常見DC-DC LED照明應用包括景觀照明,、內部低壓道路照明、太陽能供電照明,、汽車照明,、應用車輛照明、船舶應用,、低壓鹵素類替代及飛機內部照明等,。

安森美半導體提供DC-DC低功率 LED照明應用的多款LED驅動器，涵蓋升壓,、降壓以及升降壓等不同拓撲結構,，如圖1所示。在這系列產(chǎn)品中,，NCL30160和NCL30161是安森美半導體較新的兩款DC-DC LED驅動器,。NCL30161 LED驅動器適合于寬電壓應用，它可通過平均電流控制使LED紋波電流控制在平均電流的10%,，輸出不需要濾波電容,，而且支持PWM或模擬調光；還有一款轉換器NCL30160集成了MOSFET,，同樣可最大限度地減少空間和成本,。本文將重點介紹這兩款產(chǎn)品的關鍵特性及應用設計要點,。

圖1：安森美半導體DC-DC LED驅動器選型決策鏈。

NCL30161的優(yōu)勢和典型應用

NCL30161是一款平均電流滯環(huán)控制模式高亮度LED降壓控制器,。由于LED紋波電流得到了有效的控制,，輸出不需要濾波電容；高達1.4 MHz頻率下的工作,，外圍可以使用小尺寸的被動元件,；通過外接電阻或線性降壓給芯片提供電壓，可以支持高壓輸入,；支持脈寬調制(PWM)或模擬調光,。模擬調光簡單地調節(jié)LED串的DC電流，以改變LED的光輸出,；而PWM調光則是改變LED串中恒定電流的占空比,，以有效改變LED串中的平均電流，以此實現(xiàn)調光,。

NCL30161具有很多特色功能,，如Vin輸入電壓范圍6.3 V至40 V，可外部擴展至更高的輸入電壓,；LED電流可通過外部電阻設定,，可以在100%占空比工作；控制器不需要進行環(huán)路補償,，滯環(huán)控制可實現(xiàn)好的電源注入抑制和快速的負載瞬態(tài)響應,；當有多串LED(如RGB)時，地端電流檢測可以采用多串LED如RGB共陽連接,，減少LED串的連線數(shù)量,；單一管腳實現(xiàn)PWM調光和使能控制，調光范圍寬,；支持輸出全陶瓷電容或無輸出電容設計,，使用很小的外部元件，節(jié)省空間和成本,；完善的保護功能包括可調節(jié)的LED電流,、LED短路保護和輸入欠壓保護，以及過熱保護功能,。

由于采用極少的外部元件,，NCL30161是汽車、工業(yè)和通用照明的理想解決方案,，市場和應用包括LED驅動器、恒流源,、汽車照明,、通用照明和工業(yè)照明,。

圖2：NCL30161典型應用降壓LED驅動器

圖2是NCL30161的典型應用降壓LED驅動器的框圖?？梢钥吹?，LED直接連接到輸入電壓，電流通過連接到地端的RSENSE設置,；PWM調光和使能控制通過芯片的DIM/Enable腳實現(xiàn),；ROT用來設置初始關斷時間。

這是一個平均電流滯環(huán)控制倒置Buck拓撲結構,，外置MOSFET可以實現(xiàn)大電流LED驅動,，連續(xù)電流模式不需要輸出電容；工作頻率高達1.4 MHz,，可以通過外部電感進行調整,。

圖3是NCL30161內部框圖，它由7個部分組成：內部LDO部分把輸入的高電壓變?yōu)? V穩(wěn)壓,，為內部邏輯供電,，包括外部MOSFET的驅動；PWM調光和使能控制部分,；MOSFET驅動部分,；內部比較器峰值電流檢測部分，比較電壓為220 mV,；谷值電流檢測,，內部設定在180 mV；LED短路檢測,；關斷時間調整,。

圖3：NCL30161內部框圖

NCL30161的控制邏輯如下，通過檢測LED的峰值和谷值電流,，可以實現(xiàn)LED電流的滯環(huán)控制,，LED的紋波電流控制在平均電流的±10%以內，由于同時控制LED的峰值電流和谷值電流,，LED的平均電流恒定,，不隨輸入電壓和串聯(lián)LED數(shù)量的變化而變化。MOSFET開通時,，LED電流增加到達峰值電流220 mV時,，MOSFET關斷；MOSFET關斷時,，LED電流下降,，內部關斷時間定時器決定關斷時間，達到定時時間，MOSFET開通時檢測谷值電流并根據(jù)檢測到的谷值電流調整下一次關斷時間,，穩(wěn)態(tài)時谷值電流被控制在180 mV,。

在圖4中右側可以看到NCL30161的典型電流波形，紅色為MOSFET開通時的電流路徑,；綠色為MOSFET關斷時的電流路徑,；右側最下面是LED電流波形，可以看到它是連續(xù)的,，且紋波電流在±10%以內,。

圖4：電流波形

由于MOSFET關斷時沒有電流，地端的電流檢測電阻無法檢測到電流,，因此需要關斷時間設定電阻ROT來設置初始的關斷時間,，關斷時間設定電阻只在啟動的時候起作用，啟動結束后由內部時間關斷定時器來控制關斷時間,。選擇電阻值ROT時,，首先利用等式(1)計算關斷時間；然后利用(2)計算電阻值：

(1)

(2)

圖5是NCL30161典型應用的能效曲線,。其外部MOSFET是安森美半導體的60 V NTTFS5826,。左圖是300 mA輸出時不同LED數(shù)的效率曲線；右圖是1 A輸出時不同LED數(shù)的效率曲線,，可以看到整個效率是比較高的,。

圖5：NCL30161典型應用能效

PWM調光功能可以通過DIM/EN腳實現(xiàn)；圖6中左圖是PWM調光占空比和輸出平均電流的曲線,，可以看到PWM占空比和輸出電流的線性度很好,。右圖是PWM調光信號高/低時LED電流的變化，可以看到電流的波動范圍很小,。NCL30161也可以通過在CS腳的R7加入一個直流偏置電壓信號來實現(xiàn)模擬調光,。這樣，施加的模擬電壓不同,，LED電流就會變化,，從而實現(xiàn)模擬調光，如圖7,。

圖6：PWM調光

圖7：模擬調光

由于NCL30161是在輸入端連接LED串(電流檢測在地端)）,，在連接多串LED時，LED串的陽極可以共用一條母線,，LED串連線數(shù)為n+1,；而上端檢測LED電流的方式需要2n的連線數(shù)量，如圖8,。

圖8：多串LED的連接

如果應用的輸入電壓范圍超過芯片的40 V耐壓,，在要擴展輸入電壓范圍時,，可以在Vin端串聯(lián)電阻或增加線性調節(jié)器，圖9中使用了一個三極管,、一個穩(wěn)壓管和一個電阻,，將芯片Vin的電壓限定在40 V以下為芯片Vin供電；功率輸入部分的電壓可以高于40 V,，如75 V，如圖9,。這時,，可以選用高耐壓的MOSFET來滿足高壓輸入的要求。

圖9：擴展輸入電壓

NCL30161除了可以實現(xiàn)降壓控制之外,，還可以實現(xiàn)升壓控制,，圖10是其典型電路。當沒有R7時,，NCL30161可以在恒流輸入狀態(tài)工作,，加入前饋電路R7后可實現(xiàn)恒功率輸入升壓控制。

圖10：恒功率輸入升壓控制

NCL30160的不同之處

除NCL30161以外,，安森美半導體還為驅動大功率LED新推出一款NFET遲滯降壓,、恒流高亮度LED驅動器NCL30160。這個新一代高能效的解決方案集成了MOSFET,，電流提升到了1.5安培,，損耗非常低，體積也更小,，可最大限度地減少空間和成本,，并集成了多種保護功能。

這款器件接受6.3 V至40 V輸入電壓,，利用集成的1 A/50 mΩ低導通阻抗內部MOSFET及以100%占空比工作的能力,，能夠提供能效高達98%的方案。由于集成MOSFET耐壓僅為40 V,，因此NCL30160只適合于40 V以下輸入,、1.2 A以下的應用。與NCL30161相同,，其最高1.4 MHz的高開關頻率使設計人員可采用更小的外部元件,，將電路板尺寸減至最小，成本降至最低,。圖11是NCL30160的內部框圖,。

圖11：NCL30160內部框圖

NCL30160為區(qū)域照明及路燈等講究高能效、高亮度的中大功率LED通用照明應用提供了極佳的方案,，同時適用于MR16 LED燈泡等住宅應用,。

圖12是NCL30160連接不同LED數(shù)和不同電流時的能效曲線,。可以看到,，其能效是非常高的,。

圖12：NCL30160典型應用能效

安森美半導體還為上述器件提供輔助設計工具和支持，包括Excel表格工具,、評估板和24 V LED燈條應用注釋,。在Excel表格設計工具中，工程師只需要填入輸入電壓,、輸出LED的數(shù)量,、LED的壓降和LED的數(shù)量，即可自動計算出所需的結果,，非?？旖莘奖恪?/p>