淺談恩智浦LED驅動IC SSL2101性能及應用電路

作者：時間：2012-04-27 來源：網絡

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LED在電子系統(tǒng)中使用已經有很多年了，主要用作電子設備的指示燈。推動LED照明市場發(fā)展的關鍵推動力是高亮度LED和智能LED控制器的出現。采用高亮度LED的產品設計師面臨的主要設計挑戰(zhàn)包括散熱管理、驅動方案、拓撲架構和已有的基礎設施。要替代現有的可調光白熾燈或鹵素燈光源，必須實現這樣的一個電子燈驅動系統(tǒng)，它不僅可以與現有的調光開關一起工作，而且可復制現有光源的調光性能。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/200433.htm

NXP(恩智浦)SSL2101IC可以滿足上述性能要求。此外，它還是一種高效的電源轉換器。這是業(yè)內第一款集成這些能力的IC,它使得高亮度LED燈設計師能夠以一種省成本和體積的方式集成電子電路，并從最佳熱權衡中獲益。

NXPSSL2101介紹

現有的LED路燈和家庭普通LED照明解決方案基本上都分為兩個部分，一部分是將220V市電轉換到24V或48V的AC-DC電源適配器，另一部分是對LED提供驅動電流的LED升壓控制器。這一分立解決方案不僅所需元器件多，而且要占用相當大的空間。為了解決這些缺點，NXP開發(fā)出了集成單芯片解決方案SSL2101.它也是世界首款集成可調光市電LED驅動器。

恩智浦SSL2101是一款小尺寸開關模式電源(SMPS)控制器IC,專為驅動LED設備而設計，并且提供可調光能力，以進一步改善LED照明的能效。

SSL2101可以驅動各種具有不同電源要求的照明系統(tǒng)，包括LED改良型燈具、LED模塊、LED聚光燈、射燈以及用于商店展示的LED燈串。

SSL2101具有的可調光能力為照明系統(tǒng)設計師設計更高能效的系統(tǒng)提供了不可多得的機會。這款高成本效益比器件具有高集成度，電子組件總數量少，電路板空間保持最小，同時使設計師能充分利用LED可調光特性的優(yōu)勢。

NXPSSL210X框圖介紹

●集成了高壓MOSFET,利于減少布板空間

●集成了調光電路，利于減少布板空間并且參數調整靈活

SSL2101與當今照明基礎設施完全兼容，可以直接采用整流市電電源并結合相位調光器工作。SSL2101含有高壓電源開關，可以直接從整流市電電壓啟動，因而無需外部啟動電路。為支持調光能力，SSL2101包含兩個集成高壓開關用于分壓器操作，以及一個輸入，用于感應實時燈具功率，并在需要時激活附加分壓器工作。

SSL2101還能在一塊芯片上提供非隔離(降壓)與隔離(回掃)解決方案。它有一個附加輸入，可以用來檢測電感組件的退磁，確保磁性材料得到充分利用，防止電流硬開關。該器件的內置電路可以用來降低電容性接通損耗，優(yōu)化谷底開關效率，使SSL2101在低功率水平時能進行高效功率轉換。SSL2101使用接通時間模式和頻率模式來控制LED亮度。頻率變化控制與接通時間控制二者相結合，產生與白熾燈相似的調光曲線。兩種控制方法的使用還使設計師能降低峰值電流，幫助減小變壓器或電感器的聲頻噪聲。

這款IC透過散熱增強封裝和內置過熱保護功能(OTP)提供可靠且安全的散熱解決方案。它還具有短繞組保護(SWP)和過流保護(OTP)功能，符合有關安全與功率因子的法規(guī)要求。

NXPSSL2101主要功能特點

SSL2101是一個采用SO16封裝的多芯片模組(MCM)，它包含一個高效率的電源轉換器和內部電路來實現市電調光兼容性，與現有解決方案相比，它具有以下優(yōu)點：

◆集成電源開關：這可減小元器件成本，并確保最優(yōu)的驅動和開關保護。

◆谷值檢測：這一特性可降低轉換器損失，因為開關可在最佳的時間點閉合。

◆集成bleeder開關和比較器：這可減少元器件數量和尺寸。

◆智能bleeder操作：SSL2101可檢測到何時不需要bleeder操作(如LED鏈提供足夠的負載)，這可減少功耗和增加系統(tǒng)效率。

◆增強的散熱引腳設計：這可增加SSL2101的壽命，并允許它在更高的環(huán)境溫度下正常工作。對于替代解決方案，電子器件在更高溫度下的壽命是一個關鍵的參數。

◆基于占空比和轉換器開關頻率的調光：這允許設計師有更大的自由度去定義參數值，這使得設計師可以通過調節(jié)控制調光系統(tǒng)的參數，實現更精確的低亮度調光，以及消除音頻變壓器噪聲。

◆對數調光校正：這使得LED的調光行為可以與白熾燈或鹵素燈一模一樣。

◆內建的過熱保護、過流保護、短路檢測和最大占空比限制：這些特性確保了SSL2101的高可靠性，即便在極端工作條件下也是一樣。

LED特性

LED需要一個與白熾燈或鹵素燈完全不同類型的驅動器。白熾燈表現為具備自穩(wěn)定特性的純電阻負載，LED則需要一個電流源。LED產生的光通量近似正比于流經該器件的電流。LED的正向電壓隨電流增加而增加，但隨溫度的上升而減少。在這方面，LED表現得象二極管。不過，在工作期間LED的正向電壓(VF)是很大的。該電壓與電子轉化為光子時產生的能量(eV)相關，該能量又直接相關于光的顏色。此外，不同生產批次之間的VF值可以相差很大。

串行/并行配置

在大多數用LED替代現有光源的應用中，需要連接多個LED到驅動器上，因為單一的LED不能產生足夠的光通量。LED可以采用串行或并行連接。如果LED采用串行連接，LED鏈上的總電壓等于正向電壓的總和(所有LED上的電流相等)。如果LED并行連接，電流將分配到各支路中。不過，由于一個LED的正向電壓會隨著溫度上升而下降，因此這一配置本質上是不穩(wěn)定的。隨著溫度的升高，越來越多的電流將流到具有更低正向電壓的支路上去，這些支路將變得更亮，而那些具有更高正向電壓的支路將變得更暗。

不過，采用并聯(lián)配置(或串并聯(lián)組合)的一個原因是，它允許大量的LED以一個安全的電源電壓結合在一起，而如果要采用串行連接來達到相同的亮度，可能需要一個高得令人無法接受的電壓。

并行配置還提供了其他優(yōu)勢，如果一個串行連接的LED鏈上一個LED或連接出現問題，那么將導致斷路，整條鏈上的所有LED都將不發(fā)光。但如采用并聯(lián)配置的話，這情況將不可能發(fā)生。采用并聯(lián)配置時，建議每條支路都增加電流調節(jié)機制，以防止熱失控和電流或光的不相等。

總而言之，當輸出和輸入電壓差最小時，電源轉換器的效率最高。當采用市電輸入的LED驅動器時，允許產生更高的輸出電壓，從而允許串行連接更多的LED。

市電調光

標準工業(yè)和家用調光器設計用于白熾燈，一些較先進的型號可與連接到鹵素燈的變壓器一起使用。目前專門針對LED負載的市電調光器仍然很罕見。

購買和安裝一個新的專用調光器的成本可以很容易就超過光源本身，因此一個可與現有調光基礎設施一起工作的LED照明系統(tǒng)(如基于恩智浦SSL2101構建的系統(tǒng))，將打開這個具有龐大潛力和空間市場的大門。

由于現有的調光器被設計用于白熾燈(近似電阻負載，功率大多在20W和50W之間)，因此需要一些額外的電路才能允許它們用于LED照明系統(tǒng)。目前市場上還沒有白熾燈調光器標準，因此目前市場上有大量不同性能和參數值的市電調光器。

NXPSSL2101DEMO介紹

目前我們應用該調光IC已制作完成LED調光球泡燈DEMO,同時配合使用三星2瓦LED光源(2瓦LED光通量達到150LM)，它能利用現有的調光系統(tǒng)，對LED球泡燈實現0%-100%范圍內的連續(xù)可調，效率達到70%以上。該電源驅動三顆2瓦三星LED,總功率達6瓦(輸入電壓：220V,輸出：0.18A/30V)。

NXPSSL2101加速壽命測試超過7,000小時

SSL2101正通過一項業(yè)內運行時間最長的加速壽命測試，測試自2008年12月開始，以零故障運行。截至目前，該測試運行時間已達7,000小時并仍在繼續(xù)進行。半導體行業(yè)的傳統(tǒng)壽命測試程序通常以1,000小時測試時間為基準，此次測試遠遠超出了這一標準。

測試人員從標準生產的產品中隨機抽取一批SSL2101IC驅動器在高應力條件下進行測試，全部測試樣品在150°C的IC結點溫度下運行超過7,000小時之后仍保持了完整的功能性。測試過程中采取多項測試與不同設置來檢測在若干使用情況下的所有可能失效模式，其中包括持續(xù)開啟、開/關切換循環(huán)以及各種使用組合。根據壽命加速模型，SSL2101在真實照明應用中的推斷壽命估計如下：

●105°C條件下，壽命超過6萬小時

●115°C條件下，壽命超過3.5萬小時

●125°C條件下，壽命超過2萬小時

●150°C條件下，壽命超過7,000小時

NXPSSL2102介紹

它是最新LED集成市電調光驅動器IC,能支持25W最大功率，其深度調光能力可低至全光照強度的1%,并兼容多種調光器。尺寸小巧、高度集成、高能效的LED驅動器IC是小型密封LED照明燈具應用的理想選擇。

SSL2102適用于高能效和高功率因數LED照明燈具應用，其中包括：8W到15W的緊湊型應用;15W到25W的LED模塊，應用于諸如LED聚光燈和筒燈;以及最大功率達25W的商場專柜展示用LED燈串。

SSL2102的主要特點包括：

◆通過內置對數調光曲線實現視覺自然調光

◆支持市場上大部分調光器(例如可控硅型、晶體管型)

◆集成度高，所需的外部元件很少

◆支持隔離和非隔離架構的開關電源設計