《電子技術(shù)應(yīng)用》
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安森美半導(dǎo)體針對(duì)不同應(yīng)用的先進(jìn)LED驅(qū)動(dòng)器方案
安森美半導(dǎo)體
安森美半導(dǎo)體
摘要: 如今,高亮度LED在光輸出、能效及成本方面得到了全面改善,同時(shí)具備了小巧、低壓工作及環(huán)保等眾多優(yōu)勢(shì),應(yīng)用范圍也在不斷拓寬。未來(lái),LED照明在通用照明、LCD背光、汽車照明等領(lǐng)域的增長(zhǎng)前景尤為可觀。安森美半導(dǎo)體提供豐富的LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品,可滿足各種LED照明應(yīng)用需求。本文將重點(diǎn)介紹安森美半導(dǎo)體在各個(gè)照明細(xì)分市場(chǎng)的應(yīng)用方案,幫助照明設(shè)計(jì)工程師選擇合適的方案,加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
Abstract:
Key words :

  如今,高亮度LED在光輸出、能效及成本方面得到了全面改善,同時(shí)具備了小巧、低壓工作及環(huán)保等眾多優(yōu)勢(shì),應(yīng)用范圍也在不斷拓寬。未來(lái),LED照明在通用照明、LCD背光、汽車照明等領(lǐng)域的增長(zhǎng)前景尤為可觀。安森美半導(dǎo)體提供豐富的LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品,可滿足各種LED照明應(yīng)用需求。本文將重點(diǎn)介紹安森美半導(dǎo)體在各個(gè)照明細(xì)分市場(chǎng)的應(yīng)用方案,幫助照明設(shè)計(jì)工程師選擇合適的方案,加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
 
通用照明方案
  在節(jié)能環(huán)保趨勢(shì)下,LED照明已成為眾多規(guī)范機(jī)構(gòu)的目標(biāo),如美國(guó)能源部“能源之星”計(jì)劃的1.1版固態(tài)照明標(biāo)準(zhǔn)已于2009年2月生效,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院據(jù)悉也準(zhǔn)備在2010年發(fā)布中國(guó)版本的LED照明能效標(biāo)準(zhǔn)。
 
  以電燈泡和熒光燈管替代、嵌燈、街燈及停車燈、工作照明燈(臺(tái)燈、櫥柜內(nèi)照明)、景觀照明、廣告牌文字、建筑物照明等通用照明市場(chǎng)為例,估計(jì)當(dāng)前LED照明應(yīng)用比例不足1%,市場(chǎng)規(guī)模也相對(duì)較小,但預(yù)計(jì)到2012年,LED驅(qū)動(dòng)器及相關(guān)分立器件的市場(chǎng)規(guī)模將從2008年的約6.88億美元增長(zhǎng)至13.08億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)17.4%。
 
  安森美半導(dǎo)體有適用于不同功率AC-DC供電的LED通用照明方案,覆蓋寬廣的功率范圍。
 
  1)1 W至8 W方案
  1 W至8 W的低功率LED通用照明應(yīng)用包括G13、GU10、PAR16、PAR20和嵌燈等。這類應(yīng)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(guò)壓保護(hù)等特性。這類應(yīng)用可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1015自供電單片開關(guān)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(gòu)建強(qiáng)固的低成本電源所需的全部特性,如軟啟動(dòng)、頻率抖動(dòng)、短路保護(hù)、跳周期、最大峰值電流設(shè)定點(diǎn)及動(dòng)態(tài)自供電功能(無(wú)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(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要特點(diǎn)是要求多種住宅照明產(chǎn)品的功率因數(shù)最低達(dá)到0.7。這類LED照明應(yīng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但是,現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)技術(shù)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(jié)合優(yōu)化的NCP1014LEDGTGEVB評(píng)估板,采用安森美半導(dǎo)體的離線型8 W LED驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)。
 
  安森美半導(dǎo)體的NCP1014LEDGTGEVB評(píng)估板可驅(qū)動(dòng)1至8顆大功率高亮度LED。該設(shè)計(jì)基于集成了帶內(nèi)部限流功能的高壓電源開關(guān)的緊湊型固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)轉(zhuǎn)換器NCP1014構(gòu)建。由于NCP1014采用固定頻率工作,電流不能上升到高于某個(gè)特定點(diǎn);導(dǎo)通時(shí)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(píng)估板電路圖見圖2。


圖2:NCP1014LEDGTGEVB電路圖


  2)8 W至25 W方案(無(wú)PFC及有PFC)
 
  在8 W至25 W AC-DC LED照明應(yīng)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(qiáng)PFC要求。該標(biāo)準(zhǔn)適用于一系列特定產(chǎn)品,如嵌燈、櫥柜燈及臺(tái)燈,其中,住宅應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)須大于0.7,商業(yè)應(yīng)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(yīng)用如PAR30、PAR38和嵌燈。這類應(yīng)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(hù)及開路保護(hù)等特性,恒流輸出電流為350 mA、700 mA及1 A等。為此,可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1028或NCP1351。NCP1028是一款增強(qiáng)型單片開關(guān)控制IC,提供800 mA峰值電流,還提供過(guò)功率保護(hù)、內(nèi)置斜坡補(bǔ)償及輸入欠壓保護(hù)等特性,適合在通用寬電源輸入應(yīng)用中提供幾瓦至15 W的輸出功率。
 
  要求PFC的8 W至25 W AC-DC LED照明的典型應(yīng)用同上,輸入電壓規(guī)格為90至264 Vac,其他指標(biāo)與不需要PFC的應(yīng)用相同,而功率因數(shù)要求高于0.9。這類應(yīng)用適合采用安森美半導(dǎo)體的NCL30000單段式功率因數(shù)校正LED驅(qū)動(dòng)器。單段式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無(wú)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(dòng)LED,具備精確恒流輸出控制,在5 W至15 W較低輸出功率時(shí)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。
 
  3)50 W至200 W方案
  功率高于50 W的AC-DC LED應(yīng)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(guò)壓保護(hù),恒流輸出為350 mA、700 mA和1 A。此類應(yīng)用可以采用單段式PFC LED驅(qū)動(dòng)器NCL30001、CrM PFC+ QR PWM驅(qū)動(dòng)器NCP1607+NCP1377,以及CrM PFC+ LLC PWM驅(qū)動(dòng)器NCP1607+NCP1397或NCP1392/3,以滿足不同需求。
 
便攜設(shè)備背光或閃光方案
  便攜應(yīng)用要求延長(zhǎng)電池使用時(shí)間,減小占板面積和高度。安森美半導(dǎo)體的多種低壓便攜產(chǎn)品背光應(yīng)用LED驅(qū)動(dòng)器方案可用于線性、電感型及電荷泵型等不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。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(dòng)器則適合簡(jiǎn)單背光應(yīng)用。
 
  安森美半導(dǎo)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?;蛩哪7桨傅取R訬CP5623為例,這是一款高能效LED驅(qū)動(dòng)器,帶有I2C接口,內(nèi)置漸進(jìn)調(diào)光功能,特別適用于驅(qū)動(dòng)手機(jī)等便攜產(chǎn)品的RGB LED裝飾光和增強(qiáng)型LCD背光。它可實(shí)現(xiàn)94%峰值能效和低于1微安的待機(jī)電流,將便攜設(shè)備電池工作時(shí)間延至最長(zhǎng)。該器件封裝極小,僅需4個(gè)無(wú)源元件,并具備短路和過(guò)壓保護(hù)功能。
 
  要在弱光下拍得高分辨率照片的數(shù)碼相機(jī)需要高亮度閃光。雖然白光LED能提供這個(gè)等級(jí)的光能,但需要比電池所提供的高出近400%的能量。以安森美半導(dǎo)體的NCP5680為例,它配合電池管理及超級(jí)電容來(lái)驅(qū)動(dòng)LED閃光至充分亮度,提供達(dá)10 A的大峰值電流。NCP5680的集成驅(qū)動(dòng)器還可管理超級(jí)電容,處理其他峰值功率功能,如變焦、自動(dòng)對(duì)焦、音頻、視頻、無(wú)線傳輸、GPS數(shù)據(jù)讀取及射頻(RF)放大,延長(zhǎng)電池使用時(shí)間又兼顧纖薄型設(shè)計(jì),節(jié)省開發(fā)時(shí)間、電路板空間及元器件成本,見圖3。


圖3:NCP5680全功能典型應(yīng)用


液晶電視LED背光方案
  液晶電視市場(chǎng)的一大熱點(diǎn)是節(jié)能,利用先進(jìn)技術(shù)可以更少電能執(zhí)行相同的功能。其它熱點(diǎn)包括趨向更大屏幕及更低厚度,這對(duì)其電源設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn),并推動(dòng)背光源技術(shù)由傳統(tǒng)的冷陰極熒光燈(CCFL)背光向LED背光過(guò)渡。
 
  安森美半導(dǎo)體的NCP1397初級(jí)端控制器配合帶正向電壓監(jiān)測(cè)功能的6通道線性LED驅(qū)動(dòng)器CAT4026等器件,支持低高度LED背光液晶電視設(shè)計(jì),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(hù)等問(wèn)題,使電源設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)迎刃而解。采用NCP1397和CAT4026的46英寸液晶電視背光方案由LED背光轉(zhuǎn)換器(NCP1397等器件)和LED控制器(CAT4026等器件)組成。
 
  CAT4026是應(yīng)用于大尺寸側(cè)光式LED背光液晶電視的多通道線性LED驅(qū)動(dòng)器的高性價(jià)比方案,可以單顆IC支持6通道,且易于分級(jí)為多達(dá)12個(gè)或18個(gè)通道(相應(yīng)采用2個(gè)或3個(gè)控制器),目標(biāo)能效高于90%,典型能效達(dá)94%。此外,該驅(qū)動(dòng)器還提供正向電壓監(jiān)測(cè)功能,可以限制總體功耗;還能為L(zhǎng)ED開路及過(guò)多LED短路等不同LED串故障提供保護(hù)。
 
LED汽車前照燈方案
  目前,大多數(shù)汽車仍采用鹵素前照燈方案,提供遠(yuǎn)光和近光功能。就中檔車而言,趨勢(shì)是使用氙氣燈和LED燈。LED在汽車前照燈中的應(yīng)用已超出了遠(yuǎn)光燈和近光燈的范疇,如霧燈、轉(zhuǎn)向輔助燈、轉(zhuǎn)向指示燈、日間行車燈、示廓燈等。預(yù)計(jì)這些非遠(yuǎn)光燈/近光燈應(yīng)用將快速攀升,5年內(nèi)30%的汽車將配備多種LED前照燈功能。
 
  安森美半導(dǎo)體將在2010年第4季度發(fā)布一款新的LED驅(qū)動(dòng)器,專門用于所有前照燈的控制功能,它將集成開關(guān)模式升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器,可用于2個(gè)通道,并提供診斷功能,有助于大幅降低前照燈耗電所帶來(lái)的汽車燃料消耗,值得用戶期待。
 
車內(nèi)LED照明方案
  用于乘客上下車的便利照明已成為現(xiàn)代汽車的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)功能。這類照明系統(tǒng)及光路配置相對(duì)簡(jiǎn)單。
 
  用安森美半導(dǎo)體的NUD4001低成本集成電流源可以替代汽車內(nèi)部照明分立解決方案,在低和高交流或直流電壓應(yīng)用中(6至120V)驅(qū)動(dòng)LED,這樣就不再需要單獨(dú)的元件,明顯降低了系統(tǒng)成本和電路板面積。
 
  該器件利用交流或直流輸入為L(zhǎng)ED陣列提供穩(wěn)定的直流電流,可以驅(qū)動(dòng)串聯(lián)或并聯(lián)的LED陣列,且電壓開銷小(1.4V),適用于低壓應(yīng)用。它的電流穩(wěn)定原理是通過(guò)在一個(gè)外部低功率檢測(cè)電阻(Rext)上產(chǎn)生恒定壓降(0.7V),這樣就設(shè)置了一個(gè)獨(dú)立于輸入電壓的電流,使利用NUD4001設(shè)計(jì)LED電路變得非常簡(jiǎn)單。
 
  NUD4001提供了一種滿足汽車應(yīng)用的低成本解決方案。與采用線性或開關(guān)穩(wěn)壓器相比,它的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)便,可以構(gòu)成更簡(jiǎn)單而且成本更低的電路,見圖4。


圖4:用NUD4001器件驅(qū)動(dòng)一個(gè)200mA的LED的車廂頂燈電路


總結(jié)
  LED照明方興未艾,用于各類照明應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)方案市場(chǎng)潛力巨大。安森美半導(dǎo)體非常重視這一市場(chǎng),運(yùn)用其在低壓、高壓技術(shù)及電源管理方面的專長(zhǎng),為各種應(yīng)用提供全面的LED驅(qū)動(dòng)解決方案。這里介紹的只是安森美半導(dǎo)體眾多方案的極小部分。除了通用方案,安森美半導(dǎo)體還開發(fā)專用的LED驅(qū)動(dòng)器,以滿足不斷演變的便攜、消費(fèi)、工業(yè)及汽車市場(chǎng)的特定需求。
 

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