基于一種中等電壓LED照明的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案

許多中等電壓LED應(yīng)用都是采用離線AC-DC電源、電池或有低電壓AC輸出的電子變壓器供電。但一些這樣的電源，如鉛酸蓄電池，只經(jīng)過了簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓。因此，需要有一個(gè)可以在寬輸入電壓范圍工作，并可以用各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置的LED驅(qū)動(dòng)器解決方案，以支持LED負(fù)載要求。根據(jù)LED的電流和工作條件，可以采用線性或開關(guān)穩(wěn)壓器LED驅(qū)動(dòng)器解決方案。安森美半導(dǎo)體為中等電壓LED應(yīng)用提供多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的解決方案，可滿足景觀照明、低壓軌道燈、太陽(yáng)能供電照明、汽車照明、緊急車輛照明、船舶照明、12 Vac/Vdc MR16燈、飛機(jī)內(nèi)飾照明、標(biāo)志背光、廣告牌文字電路和標(biāo)志等各種通用照明需求。

中等電壓LED通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及電源

中等電壓LED照明應(yīng)用需要優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)器方案。安森美半導(dǎo)體提供電感型、電荷泵型、線性三種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的中等電壓LED驅(qū)動(dòng)器方案，可滿足用戶不同的應(yīng)用需求，見圖1。

圖1：LED景觀照明示例

圖2：三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例

中等電壓LED應(yīng)用的電源有幾種，各有其主要用途。其中，離線AC穩(wěn)壓適配器，常見電壓為12、24、36、48 Vdc，穩(wěn)壓精度達(dá)±5%，適合安全要求不高的低到中等功率的應(yīng)用。密封鉛酸蓄電池，只經(jīng)過簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓，8至14 Vdc，廣泛用于汽車照明；7-27 Vdc，用于汽車、太陽(yáng)能、船舶照明。12 Vdc及12 Vac電源，常見于室內(nèi)照明、軌道燈、戶外照明、景觀照明等。

1)線性LED驅(qū)動(dòng)器解決方案

線性解決方案是許多照明應(yīng)用的首選方法，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)既簡(jiǎn)單，又直觀，并允許用精密穩(wěn)流的電流驅(qū)動(dòng)LED，而不必考慮LED正向電壓或輸入電源如何變化。

因?yàn)檫@類LED驅(qū)動(dòng)器是線性的，必須匹配應(yīng)用的功耗要求。安森美半導(dǎo)體提供電流從10 mA直至1 A的各種恒流線性LED驅(qū)動(dòng)器。通道輸出電流為10至50 mA的有NSI50010Y、NSI45020JZ、NSI45020、NSI45020A、NSI45025、NSI45025A、NSI45025AZ、NSI45025Z、NSI45030、NSI45030A、NSI45030AZ、NSI45030Z、NSIC2020B、NSIC2030B、NSIC2050B和NCV7680；60至350 mA的有NSI45060JD、NUD4011、NSI45090JD和CAT4104；還有更大通道輸出電流的NUD4001(500 mA)和CAT4101(1000 mA)。

圖3：NSI45應(yīng)用電路

以線性恒流穩(wěn)流器NSI45系列為例，這是雙端或三端線性恒流穩(wěn)流器，基于安森美半導(dǎo)體正待批專利的自偏置晶體管技術(shù)，非常適合不同輸入電壓的廣泛LED應(yīng)用，如驅(qū)動(dòng)建筑物、汽車及工業(yè)標(biāo)識(shí)牌LED照明應(yīng)用中的電流。它可以在寬輸入電壓范圍工作，為工程師提供適合他們應(yīng)用的簡(jiǎn)單、高性價(jià)比穩(wěn)流方案，且不會(huì)犧牲性能。該恒流穩(wěn)流器系列可在寬范圍內(nèi)穩(wěn)流，確保工作電壓范圍內(nèi)的恒定亮度，且具有負(fù)溫度系數(shù)特性，在極端的電壓和工作溫度下保護(hù)LED免受熱失控(thermal runaway)影響。

NSI45的另一個(gè)典型應(yīng)用是用作顯示屏和廣告牌文字電路的恒流穩(wěn)流器線性LED驅(qū)動(dòng)器。其特點(diǎn)包括低啟動(dòng)電壓，無論正向電壓（Vf）如何變化都可以實(shí)現(xiàn)精密穩(wěn)流，具有負(fù)溫度系數(shù)特性，可以保護(hù)LED。

圖4：NSI45顯示屏和廣告牌文字電路應(yīng)用示例

2) LED MR16燈泡解決方案

NCL30100是一款降壓LED驅(qū)動(dòng)器控制器，具有高能效、峰值電流控制自適應(yīng)固定關(guān)閉時(shí)間，可用于空間及高能效至關(guān)重要的低功率及空間受限的應(yīng)用。該方案具有振蕩頻率可調(diào)節(jié)特性，采用連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)，可以省去輸出電容，能效高達(dá)95%，并提供自然的LED開路保護(hù)。

該驅(qū)動(dòng)器控制器開關(guān)頻率高達(dá)700kHz，不需要輸出電容，Vcc工作范圍從6.35至18 V，可驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)大功率LED，主要用在MR16 LED照明、環(huán)境燈照明、太陽(yáng)能LED、交通照明、室外照明和LED光條等應(yīng)用。采用NCL30100的PCB非常小巧，可以裝入MR16燈的燈座內(nèi)。NCL30160的遲滯控制特性可在負(fù)載瞬期間提供快速的響應(yīng)，無需小型信號(hào)控制環(huán)路補(bǔ)償元件。保護(hù)特性包括可利用電阻設(shè)定LED電流、LED短路保護(hù)、欠壓鎖定及熱關(guān)閉。

使用NCL30100可利用負(fù)電流感測(cè)，用小型電感降低功率損耗，實(shí)現(xiàn)低成本、高能效及元件數(shù)量少的應(yīng)用。該器件采用低側(cè)N-FET開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及連續(xù)導(dǎo)通模式操作，無需輸出電容。因此，采用安森美半導(dǎo)體提供的評(píng)估板NCL30100ADLMGEVB和NCL30100ASLDGEVB可以將電路放進(jìn)MR16燈座內(nèi)，后者還可以實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光。

圖5：NCL30100 LED驅(qū)動(dòng)器控制器電路

圖6：NCL30100評(píng)估板

另外，對(duì)于3至4個(gè)LED模塊的12 V AC-DC設(shè)計(jì)，可以使用安森美半導(dǎo)體為NCP3065提供的評(píng)估板NCP3065BBGEVB。它可以用來驅(qū)動(dòng)12 Vac/Vdc應(yīng)用中的夏普Z(yǔ)ENIGATA、Cree XLampMC-E及其他LED模塊。由于模塊正向電壓與輸入電壓范圍重疊，因此只使用一個(gè)開關(guān)降壓-升壓型配置。其特點(diǎn)是小尺寸、寬輸入和輸出工作電壓，輸出電流經(jīng)過穩(wěn)流，還具有LED開路保護(hù)、輸出短路保護(hù)能力。該解決方案適用于MR16燈泡、景觀照明、交通照明等。

圖7：降壓-升壓MR16燈用LED及參考設(shè)計(jì)演示板

3)太陽(yáng)能供電LED路牌解決方案

NCL30160是一款用于大功率LED的開關(guān)穩(wěn)壓器，采用基于NCL30051的電源所提供的恒定電壓去降低電壓，從而為L(zhǎng)ED串提供恒定電流。通過利用僅30 mΩ的低導(dǎo)通阻抗內(nèi)部MOSFET及以100%占空比工作的能力，能夠提供能效高達(dá)98%的方案。

該器件以6.3V至40V的輸入電壓范圍工作，開關(guān)頻率高達(dá)1.4 MHz，是工業(yè)及汽車應(yīng)用的極佳方案。高開關(guān)頻率使設(shè)計(jì)人員可采用更小的外部元件，幫助將電路板尺寸減至最小及成本降至最低。NCL30160包含遲滯控制特性，在負(fù)載瞬態(tài)期間提供快速的響應(yīng)，無需小型信號(hào)控制環(huán)路補(bǔ)償元件。保護(hù)特性包括可利用電阻設(shè)定LED電流、LED短路保護(hù)、欠壓鎖定及熱關(guān)閉。此外還有專用PWM調(diào)光引腳/低功耗關(guān)閉功能。

NCL30051與NCP30160IC在一起搭配工作，可以最少的外部元件簡(jiǎn)化電源電路設(shè)計(jì)。這種架構(gòu)使芯片組能夠集成在更緊湊及更高性價(jià)比的LED照明電源中，用于戶外照明(如LED路牌、街燈、停車場(chǎng)燈)等通用照明應(yīng)用。

圖8：太陽(yáng)能供電LED路牌及驅(qū)動(dòng)方案

推動(dòng)LED替代白熾燈進(jìn)程

根據(jù)國(guó)家發(fā)改委等部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于逐步禁止進(jìn)口和銷售普通照明白熾燈的公告》，安森美半導(dǎo)體利用電源管理、高能效電源及封裝方面的核心專長(zhǎng)及優(yōu)勢(shì)，開發(fā)的針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域的專用LED驅(qū)動(dòng)器，以及符合或超越世界各地的規(guī)范要求的固態(tài)照明方案，為實(shí)現(xiàn)照明革命提供了豐富的選擇，并將在這一進(jìn)程中起到積極推動(dòng)的作用。
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