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低電流LED應用的簡單及強固線性恒流穩(wěn)壓方案
摘要: 憑借著節(jié)能、長使用壽命及色彩組合豐富等優(yōu)勢,LED成為增速最快的半導體領域之一,近年來的年復合增長率(CAGR)高達20%,預計2012年全球LED市場總值更將達114億美元,前景非??捎^。
Abstract:
Key words :

憑借著節(jié)能、長使用壽命及色彩組合豐富等優(yōu)勢,LED成為增速最快的半導體領域之一,近年來的年復合增長率(CAGR)高達20%,預計2012年全球LED市場總值更將達114億美元,前景非常可觀。

市場上典型的LED驅動器包括兩類,即線性驅動器和開關驅動器;進一步細分,則有三種,分別是開關穩(wěn)壓器、線性穩(wěn)壓器和電阻型驅動器。這三種驅動器分別適合不同等級的電流應用,見圖1。如電流大于500 mA的大電流應用采用開關穩(wěn)壓器,因為線性驅動器限于自身結構原因,無法提供這樣大的電流;而在電流低于200 mA的低電流應用中,通常采用線性穩(wěn)壓器及電阻型驅動器;而在200至500 mA的中等電流應用中,既可以采用線性穩(wěn)壓器,也可以采用開關穩(wěn)壓器?!?/p>

圖1:不同電流范圍所適用的LED驅動器。

開關穩(wěn)壓器的能效高,并提供極佳的亮度控制。線性穩(wěn)壓器結構比較簡單,易于設計,提供穩(wěn)流及過流保護,具有外部電流設定點,且沒有電磁兼容性(EMC)問題。電阻型驅動器利用電阻這樣的簡單分立器件,限制LED串電流,是一種經(jīng)濟的LED驅動方案,同樣易于設計,且沒有EMC問題。

安森美" title="安森美">安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效硅解決方案供應商,為不同的LED應用提供豐富的開關穩(wěn)壓器及線性穩(wěn)壓器選擇。與此同時,市場上的客戶也需要一種比開關穩(wěn)壓器和普通線性穩(wěn)壓器經(jīng)濟、但在性能上又比電阻型驅動高出許多的驅動方案。在這種情況下,安森美半導體運用正待批專利的自偏置晶體管(SBT)技術,結合自身超強的工藝控制能力,推出一種新的LED驅動方案——分立線性恒流穩(wěn)壓器" title="線性恒流穩(wěn)壓器">線性恒流穩(wěn)壓器(CCR" title="CCR">CCR),填補了這個市場空隙,并進一步豐富了安森美半導體寬廣的LED驅動器產品陣容。

低電流LED應用及驅動器比較

新的線性恒流穩(wěn)壓器適合20 mA至200 mA的低電流LED應用。如在汽車應用中,組合尾燈的電流要求通常只有數(shù)十毫安(mA)。此外,在廣告牌文字電路、背光顯示牌等商業(yè)及工業(yè)應用中,輸入電壓通常為高至30 Vdc,而LED電流在20 mA至150 mA之間。而在裝飾照明、工作燈、景觀照明、柜臺照明等建筑物及通用照明應用中,輸入電壓通常為12至48 Vac或120/220 Vac,而LED電流也僅在20至100 mA之間。此外,電冰箱和洗衣機等家用電器中也采用LED為小型LCD" title="LCD">LCD顯示屏背光或替代照明燈泡,這類應用同樣需要低電流的LED驅動器。

在低電流LED應用中,電阻型驅動器盡管成本較低且結構簡單,但這種驅動器在低電壓條件下,正向電流較低,會導致LED亮度不足,且在負載突降等瞬態(tài)條件下,LED可能受損。而且,這種解決方案需要恰當?shù)腖ED編碼(binning),電阻庫存大,且能效低。

您的瀏覽器可能不支持顯示此圖像。與電阻型驅動器相比,線性恒流穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定電流,在寬電壓范圍下提供恒定亮度,在高輸入電壓時保護LED,使其免于過驅動,在低輸入電壓時提供更高的亮度。而得益于其恒流特性,客戶可以減少或消除源自不同供應商提供的不同LED的編碼成本,使系統(tǒng)總成本更低。

圖2:CCR結合電阻型驅動器與線性穩(wěn)壓器所長,填補了市場空隙。

我們可以通過實際的測試來驗證這兩種驅動器的性能對比情況,見圖3。測試中對比了分別采用這兩種驅動器實現(xiàn)的組合尾燈,其中的CCR是穩(wěn)定電流為25 mA的器件。從圖中可以看出,在9 V的相同輸入電壓時,CCR比電阻型驅動器的電流高,使LED更亮。在13 V的相同電壓輸入時,二者亮度一致。電壓高于13 V后,CCR的電流逐漸穩(wěn)流到25 mA,而電阻型驅動器的電流則一直上升,可能導致LED過驅動,從而損壞LED。此外,CCR提供的電流精度達±10%,完全滿足應用要求,而電阻型的電流精度僅為±50%,相差甚遠。

圖3:電阻型驅動器與穩(wěn)流電流為25 mA的線性恒流穩(wěn)壓器的V-I曲線比較。

基于專利SBT技術的簡單、經(jīng)濟及強固的線性恒流穩(wěn)壓器

安森美半導體的線性恒流穩(wěn)壓器基于安森美半導體正待批專利的自偏置晶體管(SBT)技術,提供一定程度的集成,并結合安森美半導體的超強的工藝控制能力,為低電流應用提供簡單(Simple)、經(jīng)濟(Economical)及強固(Robust)的LED驅動解決方案。

具體而言,這器件的雙端非常易于設計,適合高端(High-side)及低端(Low-side)應用,且不需要外部元件,非常簡單。它的經(jīng)濟性主要體現(xiàn)在消除LED編碼,降低庫存成本,以及保護LED,降低替代及維護成本。安森美半導體還規(guī)劃推出三端可調節(jié)輸出的線性恒流穩(wěn)壓器,它們的結構示意圖見表1。

值得一提的是,安森美半導體的線性恒流穩(wěn)壓器支持采用120/220 Vac供電,如在建筑物及通用照明應用中,120/220 Vac交流市電輸入經(jīng)過橋式整流后,只需要保證輸入電壓減去LED串總電壓后所剩下的電壓不超過這線性恒流穩(wěn)壓器45 V的陽極-陰極最大電壓VAK即可。這同樣體現(xiàn)出它的易于設計特性。

而在強固性方面,安森美半導體的這系列器件表現(xiàn)非常突出。例如,其設計帶有負溫度系數(shù)(NTC),在極端的電壓和工作溫度下保護LED免受熱失控影響。例如,采用SOT-223表面貼裝封裝的器件尺寸為7.0 mm x 6.5 mm x 1.6 mm,85℃時能在電路板上500 mm長/不到29克重的銅片上耗散630 mW的功率,非常適用于極端的熱工作環(huán)境。此外,這些器件通過了嚴格的AEC101汽車標準認證,適用苛刻的汽車應用要求。這些器件還承受開關瞬態(tài)及電壓尖峰,并具備良好的靜電放電(ESD)額定脈沖等級,測得為1.8 kV。此外,這些器件還支持環(huán)保,使用無鹵素模子化合物,并符合無鉛RoHS指令要求。

安森美半導體首批NSI45系列10款雙端線性恒流穩(wěn)壓器已于2009年5月推出,這些器件提供±10%及±15%的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流(Ireg)容限,額定電壓為45 V,工作溫度范圍-40℃至85℃,最高結溫度為150℃,提供20 mA、25 mA及30 mA器件等不同選擇,采用SOD-123及SOT223封裝,目標市場包括汽車應用中的內部及外部LED照明,商業(yè)標識應用中的氖燈替代、交通信號等及顯示屏背光,建筑物及通用照明應用中的平板交流照明、工作燈及裝飾燈、景觀及室外照明等。

表1:安森美半導體半導體已推出及規(guī)劃推出的雙端及三端線性恒流穩(wěn)壓器。

 表1中列出了安森美半導體NSI450系列線性恒流穩(wěn)壓器的主要參數(shù),其中既有雙端器件,如NSI450XXT1G(SOT123封裝,20/25/30 mA)、NSI450XXZT1G(SOT223封裝,25/30 mA),現(xiàn)有樣品提供,并已量產;也有三端器件,如NSI450XXZT1G(SOT223封裝,30至80 mA可調節(jié))及NSI450XXT1G(D-PAK封裝,80至150 mA可調節(jié)),將于2009年第3季度提供樣品,并于第4季度量產。

總結:

安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效硅解決方案供應商,具有卓越的運營業(yè)績,遍布全球各地的制造設施每年付運320億多顆器件,并擁有先進的工藝及技術能力。安森美半導體還熟悉客戶,與眾多國際及本土客戶客戶建立起了廣泛及深入的關系,且以遍布世界各地的設計支援中心為客戶服務。安森美半導體豐富的產品和解決方案陣容涵蓋標準產品、專有解決方案、專用標準產品及定制ASIC解決方案等不同領域,以及汽車、計算機和游戲機、便攜消費產品、媒體和娛樂、工業(yè)、醫(yī)療、高壓通信、軍事和航空等應用市場。

安森美半導體服務的上述多個應用市場都會涉及LED照明/背光。而安森美半導體使用寬廣范圍的技術,為廣泛的LED照明應用提供解決方案,發(fā)揮高能效電源方案的核心優(yōu)勢。安森美半導體針對低電流LED照明應用推出的新的簡單、經(jīng)濟及強固的線性恒流穩(wěn)壓器解決方案,拓寬了安森美半導體已有的包括開關穩(wěn)壓器及普通線性穩(wěn)壓器的LED驅動器產品陣容,非常適合于汽車內部/外部照明、商業(yè)標識牌及建筑物LED照明應用需求。

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