首页 | 新闻 | 新品 | 文库 | 方案 | 视频 | 下载 | 商城 | 开发板 | 数据中心 | 座谈新版 | 培训 | 工具 | 博客 | 论坛 | 百科 | GEC | 活动 | 主题月 | 电子展
返回列表 回复 发帖

驱动通用市场中的高亮度LED

驱动通用市场中的高亮度LED

安森美半导体公司

目前,最常见的"白光LED"是通过在蓝色的发光二极管上面涂上黄磷制成的。此外,还可以将红、绿、蓝三种光互相调配做成白色LED。LED的发展非常迅速,现在100L/W到120L/W的白光LED已经可以大量生产了。但是,LED驱动的发展也存在着很大的挑战,由于LED本身就是线性元件,因此目前主要面临的问题是:第一,正向电压随着电流和温度的变化而变化;第二,不同器件的正向电压会有差异;第三,"色点"会随着电流和温度的变化而漂移;第四,LED必须在规范要求的范围内工作,从而实现可靠工作。

图1中展示的是LED驱动器的基本结构,最左侧为输入部分,驱动器中有两个重要的部分:一个是电源转换,包括非隔离型和隔离型两种;另一个是驱动器,它将输入电压转换成恒流来驱动LED。驱动器的主要功能就是在工作条件范围内限制电流,无论输入条件和正向电压如何变化。除了限流之外,在制作驱动器产品的时候,我们也要考虑它的效率、成本、尺寸等诸多因素。在效率方面,因为人的视觉系统会滤除电流纹波,所以如果开关频率达到100Hz至150 Hz,驱动器的"恒定"电流就不需要为直流电平,而是可以采用非线性电流来驱动LED。这样,不但可以提高效率,还可以简化电路。

离线应用
典型的离线应用包括电子镇流器、荧光灯代替品、交通信号灯、LED灯泡、街道和停车照明、建筑物照明、标志等。

图2是安森美公司NCP1014/28离线式第二代LED驱动器的电路图,其中,蓝色部分为恒定电流电路,此外还设有最高电压钳制电路,保证输出电压不会超出设计电压范围,确保安全。NCP1014是一款离线脉宽调制(PWM)开关稳压器,具有集成的高压MOSFET,当采用通用交流线路供电时,最高能够提供8 W的输出功率。其中,NCP1014 LED驱动器是完全隔离的交流-直流转换器,针对恒流应用进行了优化。NCP1014/NCP1028采用350 mA/22 V直流变压器设计及700 mA/17V的直流配置。需要说明的是,如果针对230 V交流线路使用另一种可选变压器,则该转换器能够提供高达19W(NCP1014)或25W(NCP1028)的功率。

在一些更大功率的应用中,如大于15W的设计,一般单芯片驱动器会有功率限制,所以可以考虑用分立的方法来实现。在图3的应用中,用NCP1351加上一个新的MOSFET,做成一个驱动器,它能支持350 mA至1 A的恒流。在设计中应用NCP1351,它采用了可变频率控制器,在轻载或无负载状态下,开关频率很低,启动时具有非常低的电流损耗和很高的效率。此外,在输出部分,还增加了恒流电路和最高电压控制电路。


图4是利用NCP4300A的恒流恒压电路,该电路具有以下优势:电流感测电压降仅为简单分立方式的20%;通过负载稳流精度更高,小于3%,且根据元件容限的不同会有差异;具有专门的稳压和稳流环路,可以方便设计者设计参数;仅在最大正向电压超过36 V时需要外挂,采用齐纳器件对NCP4300A进行稳压。

另外还有一种降压的方法,就是非隔离型离线降压电路,这种电路模式可以提高效能。其峰值电流控制(PCC)拓扑结构工作在深度、连续导电模式下,不但可以更好地进行电流设置,还可以充分利用动态自供电的功能,直接驱动外挂的MOSFET,同样也可以降低整个设计成本。

针对非隔离型LED,在其输入方面要认真考量。因为输入电压很高,当输出电压很小时,会导致占空比非常窄,所以开关控制器在电流被感测到之前会有200ns至400 ns的前沿消隐。因此,必须降低开关频率以适应正常操作,使输入电压通过半波整流输入电路时保持在最低值。

电路是否需要PFC稳压,主要在于电流是否为正弦波。PFC的存在可以帮助改善电网的效率。在一些照明设备中,凡超过25W的应用,全部需要PFC稳压。

除了之前提到PFC以外,在线性照明、背光效果、街道照明等应用中,还会用到分布式直流架构。图5中可以看到在PFC后面有一个隔离的DC-DC,形成12V、24V输出,利用PWM对光线明暗进行控制。


宽输入范围直流-直流LED应用包括:景观照明、内部低压轨道照明、太阳能照明、交通、应急车辆、显示器/屏背光、船舶应用、便携投影仪、替换低压卤素灯、汽车应用等。

安森美NCP3065/6多模LED驱动器(图6)是一种低成本应用,具有以下特性:

集成1.5 A开关;
降压、升压和反转(降压-升压)/SEPIC
拓扑结构;
输入电压范围为3.0至40 V;
235 mV的低反馈电压;
能进行逐周期电流限制;
不需要控制环路补偿;
工作频率可调节,最高250 kHz;
可采用所有的陶瓷输出电容工作;
具有模拟和数字PWM调光能力。

值得注意的是,虽然LED在使用方面具有很好的效果,但也受到寿命的限制。尽管理论上有5万小时的寿命,但偶尔也会有失效的情形。一般原因是LED本身品质的问题、局部的缺陷,或者是我们的一些瞬态动作,比如经常开关LED灯。在一些应用中,一旦出现故障,很难修理,尤其是在一些关键应用以及和安全有关的应用中。此外,一些很难接近的地方也是受影响比较大的地方。在这种情况下,可以采用安森美的NUD4700 LED分流保护(图7)。我们将元件并联在每个LED灯上,一旦有LED烧掉,电压马上会升高,进而打通NUD4700 LED分流保护,保证其他LED照常使用。

总结

随着技术的不断完善,LED灯带给我们的不单来自节能方面,在娱乐、艺术照明、远程"太阳能供电"等多个方面,LED正在发挥着越来越大的作用。

未来,随着高性价比、超高亮度LED的出现,固态照明(SSL) 将发展得更加快速。此外,因为V/I传递曲线非常重要,恒流驱动架构将成为驱动LED的关键。我们需要根据电源和LED配置情况,设计出不同的电源解决方案。要制造出耐用的产品,需要采用系统导向的方法,综合考虑电气、热和光学等多种因素。

返回列表