照明市場中的高亮度LED驅動挑戰
加入技術交流群
另一方面，如上所述，在不需要隔離的應用中，可以采用較為簡單的降壓拓撲結構，這種結構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現這種解決方案。這種架構采用的是峰值電流控制(PCC)模式，工作在深度連續導電模式(CCM)。這種架構具有多種優勢，如可以消除使用大電解輸出電容、具有“良好”穩流的簡單控制原理，以及能夠充分利用安森美半導體的動態自供電(DSS)技術能力來直接從交流線路為驅動器供電。
圖5顯示的是安森美半導體NCP1216 PWM電流模式控制器的應用設計示意圖。
圖5：采用峰值電流控制的NCP1216非隔離型離線式LED驅動應用
它充分利用高壓工藝技術的優勢，從交流主電源直接為控制器供電，進一步簡化了電路。這設計適合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設計，所以存在高壓。而且這是一項浮動設計，IC和LED并非對地參考。在對器件進行供電之前，LED必須連接至電路板。
對于這類降壓控制方式而言，當控制的LED數量減少時，它的一項局限就會出現，因為這時占空比會變得極窄。而且開關控制器在電流被感測到之前會有200至400 ns的前沿消隱電路。在這種情況下，必須降低開關頻率來適應正常操作，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，基本架構能夠通過元件修改來輕易擴展，從而也能驅動更長的LED串。
2)采用寬輸入范圍的直流-直流(DC-DC)電源為LED供電
表1：寬輸入范圍的DC-DC LED應用
有一系列高亮度LED應用工作在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。這類的照明應用眾多，如活動式照明、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。
即使目標是采用恒定電流驅動LED，首先要理解的事件就是應用的輸入和輸出電壓變化。LED的正向電壓由材料特性、結溫度范圍、驅動電流和制造容限決定。憑借這些信息，就可以選擇恰當的線性或開關電源拓撲結構，如線性、降壓、升壓或降壓-升壓等。而安森美半導體的NCP3065/3066是一種多模式LED控制器，它集成1.5 A開關，可以設置成降壓、升壓、反轉(降壓-升壓)/單端初級電感轉換器(SEPIC)等多種拓撲結構。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，工作頻率可調節，最高250 kHz。其它特性包括：能進行逐周期電流限制、不需要控制環路補償、可采用所有陶瓷輸出電容工作、具有模擬和數字PWM調光能力、發生磁滯時內部熱關閉等。
圖6：安森美半導體NCP3065在LED恒流降壓控制應用中的示意圖
為LED提供保護
如前所述，LED是一種使用壽命極長的光源(可長達5萬小時)。除了需要針對具體的LED應用選擇適合的LED驅動解決方案，還需要為LED提供適當的保護，因為偶爾LED也會失效。其原因多種多樣，可能是因為LED早期失效，也可能是因為局部的組裝缺陷或是因瞬態現象導致失效。必須對這些可能的失效提供預防措施，特別是因為某些應用屬于關鍵應用(故障停機成本高)，或是安全攸關的應用(如頭燈、燈塔、橋梁、飛行器、飛機跑道等)，或是在地理上難于接近的應用(維護困難)等。
在這方面，可以采用安森美半導體的NUD4700 LED分流保護解決方案。圖7是這種分流保護解決方案的應用及原理示意圖。
圖7：安森美半導體NUD4700 LED開路分流保護器的應用示意圖
在LED正常工作時，泄漏電流僅為近100 μA；而在遭遇瞬態或浪涌條件時，LED就會開路，這時NUD4700分流保護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。這器件采用節省空間的小型封裝，設計用于1 W LED(額定電流為350 mA@ 3 V)，如果散熱處理恰當，也支持大于1 A電流的操作。
總結
相較于白熾燈等傳統光源，LED具有能效高、壽命長、指向性好等眾多優勢，越來越受業界青睞用于通用照明市場。而LED在通用照明市場的應用涉及多方面的要求，需要從系統的角度去考慮，如光源、電源轉換、LED控制和驅動、散熱和光學等。本文以LED驅動為重點，分析了通用照明市場中LED驅動面臨的挑戰，并結合安森美半導體的高性能LED驅動解決方案，探討了不同的LED驅動應用示例，如通過交流隔離電源為LED供電和通過寬輸入范圍DC-DC電源為LED供電等；最后，還介紹了能夠用于需要高可靠性和持續性的LED應用中的安森美半導體LED分流保護解決方案。
評論