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低压便携及中等电压LED通用照明方案
作者:安森美半导体
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灯具, 节能灯, LED照明, 日光灯, 荧光灯, ...
发光二极管(LED)光输出持续提升,彩色及白光高亮度LED应用已扩展至全新的市场领域。LED已开始替代白炽灯、荧光灯,用于汽车、涵盖智能手机到液晶电视的消费电子、建筑物照明及通用照明等应用。未来,LED将继续以其可编程能力和灵活性及创新的固态照明(SSL)方案改变照明市场。

LED是低压器件,根据色彩及电流不同,LED正向电压可介于2V至4.5V之间,并以恒定电流驱动,以确保所要求光强度和色彩。这要求电源转换及控制方案连接不同电源,甚至是电池。安森美半导体分别为低压便携式和中压LED通用照明提供优化的驱动器方案,以满足不同应用的照明需求。

低压便携LED驱动器拓扑及安森美半导体解决方案

小型彩色LCD面板、键盘及指示灯背光广泛采用白光LED及RGB三色LED。智能手机及数码相机则采用高亮度LED作闪光光源。这些应用要求能将电池使用时间延至最长并将PCB面积和高度减至最小。安森美半导体提供使用线性、电感及电荷泵拓扑的各种方案。电感型方案总能效最佳;电荷泵方案使用低高度陶瓷电容,空间及高度最小;线性方案很适合彩色指示灯及简单背光应用。

1)电感升压及降压拓扑方案

针对驱动低电压便携式设备背光和电筒/闪光应用的白光LED,安森美半导体提供采用PWM调光的不同产品。升压产品的输出电流从20 mA到800 mA,包括CAT37、CAT32、CAT4238、CAT4237、CAT4238、LV52204、LV52206、CAT4137、NCP5005、CAT4139、CAT4240和、NCP1422。电感降压产品NCP1529的输出电流为1 A。

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图1:电感升压拓扑

例如,LV52204是应用于智能手机的单通道高压及高能效LED背光升压驱动器IC,输入电压为2.7 V至5.5 V,提供40 V输出电压并控制10颗LED。其引脚与市场上流行产品兼容,可轻易替代。

2)电荷泵拓扑方案

安森美半导体拥有专利的四模(Quad-Mode)自适应分数型电荷泵方案,可提供电感型LED驱动器的高能效水平,去掉了高厚度电感及有害的电磁干扰(EMI)。四模架构增加了第4种工作模式(1.33倍),无需额外电容,能效提高10%,封装尺寸减小65%。

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图2:电荷泵拓扑

针对LCD背光、LED闪光/电筒和指示器,安森美半导体提供总输出电流10至192 mA的多种电荷泵/白光和RGB LED驱动器产品,包括NCP1840、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3636、AT3637、CAT3649、CAT3604A、CAT3604V、CAT3614、CAT3644、NCP5623B/C、CAT3643、CAT3647、CAT3612、CAT3224(4闪光灯,400 mA电筒)、NCP5612、CAT3661、NCP5603(200 mA DC,350 mA脉冲)、CAT3200、CAT3200H。

3)线性拓扑方案

针对手机等便携设备的LCD背光应用,安森美半导体提供多款简单线性白光LED驱动器。它采用单线式EZDim接口调光,有32级调光控制;25 mA固定电流(B版本)或可调节电流(A版本)。这些单模LED驱动器可作为系统级的一部分,用于设计整合低电压LED和简单LED驱动器的背光电路。

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图3:线性拓扑

4) 其它专用驱动器

安森美半导体提供针对相机闪光及手电筒等应用的专用LED驱动器,如CAT3224和CAT3612 (电荷泵拓扑结构)、CAT4134 (电感升压拓扑结构),可以提供150 mA至4A的不同闪光电流和亮度,可满足拍照手机、智能手机及氙灯替代的LED光输出不断提升的需求。

安森美半导体还为RGB LED提供各种驱动方案,如有独立RGB开/关的多通道多功能LED驱动器(LV5207LP和LV5216CS),用于7至16个LED通道的闪光灯/电筒筒、RGB照明、主液晶屏背光、辅助液晶屏背光等应用;以及RGB照明驱动器(LV5217LP和LV5223GR),用于支持彩色照明设计,实现便携式设备丰富的照明色彩。

中等电压LED驱动器拓扑及安森美半导体解决方案

中等电压通用照明(景观照明、低压轨道灯、太阳能供电照明、汽车、应急车辆、航海应用、12 Vac/Vdc MR16灯、飞机内部照明、标牌背光、广告牌文字电路和标牌)大多采用离线AC-DC电源、电池或带低压交流输出的电子变压器供电。根据LED电流及工作条件,需要线性或开关稳压器型LED驱动器方案。为此,安森美半导体提供满足不同应用需求拓扑的LED驱动方案。

1) 线性LED驱动器方案

线性方案简单,易于设计,允许用高稳流精度驱动LED,而不必考虑LED正向电压或输入电源的变化,成为许多照明应用的首选。线性LED驱动器必须匹配应用的功耗要求。安森美半导体提供多种恒流线性LED驱动器,其电流电平涵盖10 mA至1 A范围。

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图4:外部BRT调光的恒流稳流器

NSI45系列是双端或三端线性恒流稳流器(CCR),基于安森美半导体的自偏置晶体管技术,非常适合驱动建筑物、汽车及工业标牌LED照明等应用不同输入电压的LED应用。NSI45系列可在宽输入电压范围工作,还可以在极端电压和工作温度下防止LED热失控影响。由于包括低启动电压,无论正向电压(Vf)如何变化都可实现精密稳流,同时具有保护LED的负温度系数特性。

依照通道输出电流,安森美半导体的线性LED可划分为10至50 mA(NSI50010Y、NSI45015W、NSI45020JZ、NCV7680、NSIC2030B、NSIC2020B、NSI45030Z、NSI45030AZ、NSI45030A、NSI45030、NSI45025Z、NSI45025AZ。NSI45025A、NSI45025、NSI45020A、NSI45020、NSIC2050B);60至350 mA(CAT4104、NSI50350AS、NSI50350AD、NUD4011、NSI45035JZ、NSI50150AD、NSI45090JD、NSI45060JD);以及500 mA(NUD4001)和1000 mA(CAT4101)。其中一些器件输出电流跨度很大,更加方便选择。

2) 开关驱动器方案

用于中等电压通用照明的开关驱动器有多种拓扑,如降压、升压;降压/升压的NCP3065和NCP3066(可以配置为控制器)、NCP3163、MC33163、NCP1294;降压的CAT4201、NCP1034、NCL30100、NCL30105、NCL30160、NCL30161;此外还有升压或SEPIC的CS5171/3。

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图5:开关驱动器方案

中等电压LED通用照明应用示例

1) LED MR16灯泡方案

针对空间及高能效要求的低功率应用,安森美半导体提供一款能效高达95%,又具有自然LED开路保护的固定关闭时间降压LED驱动器控制器NCL30100。该器件采用准固定关闭时间、峰值电流迟滞控制方法,不要求补偿元件;其低边N-FET开关拓扑适合连续导电模式工作,无须输出电容;其工作频率小于500 kHz,±5%典型稳流容限,VCC工作电压范围为6.35至18 V。

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图6:采用NCL30100的LED MR16灯泡方案

对于3至4个LED模块的12 V AC-DC设计,可以使用安森美半导体针对NCP3065的评估板NCP3065BBGEVB,用来驱动12 Vac/Vdc应用中的夏普ZENIGATA、Cree XLamp MC-E及其他LED模块。其特点是小尺寸、宽输入和输出工作电压,输出电流经过稳流,还具有LED开路保护、输出短路保护能力。该解决方案适用于MR16灯泡、景观照明、交通照明。

2) 太阳能供电LED路牌方案

大功率LED可采用安森美半导体的恒流降压LED驱动器NCL30160,实现高达98%的能效。它采用30 mΩ集成MOSFET,100%占空比可提供高能效;输入电压范围为6.3 V至40 V,开关频率可达1.4 MHz;还具有专用PWM调光引脚/低功率关闭、无须控制环路补偿和1.5 A平均电流能力。

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图7:太阳能供电LED路牌方案

3) 3颗及4颗LED模块的12V AC-DC方案

在低压12 Vac/Vdc应用中,LED模块的正向电压与输入电压范围交叠,因此要使用单开关降压-升压配置。安森美半导体针对驱动多裸片LED模块提供12V AC-DC方案。其特点是小尺寸、宽输入及输出工作电压范围、稳流输出电流;具有LED开路保护和输出短路保护功能。其应用包括MR16灯泡、景观照明和交通灯。

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图8:多颗LED模块12V AC-DC方案

总结

为满足绿色电子产品的高性能、高能效需求,安森美半导体利用其在低电压和高压技术及在电源管理方案方面的专长,提供全面的LED驱动或控制解决方案。这些方案在集成更多功能的同时,采用越来越小的封装,实现越来越低的功耗,使客户能够开发高能效的低压便携及中等电压LED通用照明方案,并加快产品上市。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (3/12/2014)
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