照明市場(chǎng)中的高亮度LED驅(qū)動(dòng)挑戰(zhàn)
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另一方面，如上所述，在不需要隔離的應(yīng)用中，可以采用較為簡(jiǎn)單的降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)所使用的電感比變壓器小得多，而且只需要很少的元件來實(shí)現(xiàn)這種解決方案。這種架構(gòu)采用的是峰值電流控制(PCC)模式，工作在深度連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)。這種架構(gòu)具有多種優(yōu)勢(shì)，如可以消除使用大電解輸出電容、具有“良好”穩(wěn)流的簡(jiǎn)單控制原理，以及能夠充分利用安森美半導(dǎo)體的動(dòng)態(tài)自供電(DSS)技術(shù)能力來直接從交流線路為驅(qū)動(dòng)器供電。
圖5顯示的是安森美半導(dǎo)體NCP1216 PWM電流模式控制器的應(yīng)用設(shè)計(jì)示意圖。
圖5：采用峰值電流控制的NCP1216非隔離型離線式LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用
它充分利用高壓工藝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，從交流主電源直接為控制器供電，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電路。這設(shè)計(jì)適合120 Vac條件，若要用于230 Vac條件，則需要變更少許元件，如功率FET和電容。由于這是一種非隔離型AC-DC設(shè)計(jì)，所以存在高壓。而且這是一項(xiàng)浮動(dòng)設(shè)計(jì)，IC和LED并非對(duì)地參考。在對(duì)器件進(jìn)行供電之前，LED必須連接至電路板。
對(duì)于這類降壓控制方式而言，當(dāng)控制的LED數(shù)量減少時(shí)，它的一項(xiàng)局限就會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)檫@時(shí)占空比會(huì)變得極窄。而且開關(guān)控制器在電流被感測(cè)到之前會(huì)有200至400 ns的前沿消隱電路。在這種情況下，必須降低開關(guān)頻率來適應(yīng)正常操作，并通過半波整流輸入電路將電壓保持在最低值。在這種方法中，基本架構(gòu)能夠通過元件修改來輕易擴(kuò)展，從而也能驅(qū)動(dòng)更長(zhǎng)的LED串。
2)采用寬輸入范圍的直流-直流(DC-DC)電源為L(zhǎng)ED供電
表1：寬輸入范圍的DC-DC LED應(yīng)用
有一系列高亮度LED應(yīng)用工作在8至40 VDC范圍的電源，這些電源包括鉛酸電池、12-36 VDC適配器、太陽能電池以及低壓的12 和24 VAC交流系統(tǒng)。這類的照明應(yīng)用眾多，如活動(dòng)式照明、景觀和道路照明、汽車和交通照明、太陽能供電照明，以及陳列柜照明等。
即使目標(biāo)是采用恒定電流驅(qū)動(dòng)LED，首先要理解的事件就是應(yīng)用的輸入和輸出電壓變化。LED的正向電壓由材料特性、結(jié)溫度范圍、驅(qū)動(dòng)電流和制造容限決定。憑借這些信息，就可以選擇恰當(dāng)?shù)木€性或開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如線性、降壓、升壓或降壓-升壓等。而安森美半導(dǎo)體的NCP3065/3066是一種多模式LED控制器，它集成1.5 A開關(guān)，可以設(shè)置成降壓、升壓、反轉(zhuǎn)(降壓-升壓)/單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。NCP3065/3066的輸入電壓范圍為3.0至40 V，具有235 mV的低反饋電壓，工作頻率可調(diào)節(jié)，最高250 kHz。其它特性包括：能進(jìn)行逐周期電流限制、不需要控制環(huán)路補(bǔ)償、可采用所有陶瓷輸出電容工作、具有模擬和數(shù)字PWM調(diào)光能力、發(fā)生磁滯時(shí)內(nèi)部熱關(guān)閉等。
圖6：安森美半導(dǎo)體NCP3065在LED恒流降壓控制應(yīng)用中的示意圖
為L(zhǎng)ED提供保護(hù)
如前所述，LED是一種使用壽命極長(zhǎng)的光源(可長(zhǎng)達(dá)5萬小時(shí))。除了需要針對(duì)具體的LED應(yīng)用選擇適合的LED驅(qū)動(dòng)解決方案，還需要為L(zhǎng)ED提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，因?yàn)榕紶朙ED也會(huì)失效。其原因多種多樣，可能是因?yàn)長(zhǎng)ED早期失效，也可能是因?yàn)榫植康慕M裝缺陷或是因瞬態(tài)現(xiàn)象導(dǎo)致失效。必須對(duì)這些可能的失效提供預(yù)防措施，特別是因?yàn)槟承?yīng)用屬于關(guān)鍵應(yīng)用(故障停機(jī)成本高)，或是安全攸關(guān)的應(yīng)用(如頭燈、燈塔、橋梁、飛行器、飛機(jī)跑道等)，或是在地理上難于接近的應(yīng)用(維護(hù)困難)等。
在這方面，可以采用安森美半導(dǎo)體的NUD4700 LED分流保護(hù)解決方案。圖7是這種分流保護(hù)解決方案的應(yīng)用及原理示意圖。
圖7：安森美半導(dǎo)體NUD4700 LED開路分流保護(hù)器的應(yīng)用示意圖
在LED正常工作時(shí)，泄漏電流僅為近100 μA；而在遭遇瞬態(tài)或浪涌條件時(shí)，LED就會(huì)開路，這時(shí)NUD4700分流保護(hù)器所在的分流通道激活，所帶來的壓降僅為1.0 V，將帶給電路的影響盡可能地減小。這器件采用節(jié)省空間的小型封裝，設(shè)計(jì)用于1 W LED(額定電流為350 mA@ 3 V)，如果散熱處理恰當(dāng)，也支持大于1 A電流的操作。
總結(jié)
相較于白熾燈等傳統(tǒng)光源，LED具有能效高、壽命長(zhǎng)、指向性好等眾多優(yōu)勢(shì)，越來越受業(yè)界青睞用于通用照明市場(chǎng)。而LED在通用照明市場(chǎng)的應(yīng)用涉及多方面的要求，需要從系統(tǒng)的角度去考慮，如光源、電源轉(zhuǎn)換、LED控制和驅(qū)動(dòng)、散熱和光學(xué)等。本文以LED驅(qū)動(dòng)為重點(diǎn)，分析了通用照明市場(chǎng)中LED驅(qū)動(dòng)面臨的挑戰(zhàn)，并結(jié)合安森美半導(dǎo)體的高性能LED驅(qū)動(dòng)解決方案，探討了不同的LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用示例，如通過交流隔離電源為L(zhǎng)ED供電和通過寬輸入范圍DC-DC電源為L(zhǎng)ED供電等；最后，還介紹了能夠用于需要高可靠性和持續(xù)性的LED應(yīng)用中的安森美半導(dǎo)體LED分流保護(hù)解決方案。
評(píng)論