安森美半導(dǎo)體全套LED電源設(shè)計關(guān)鍵解決方案

對于輸入功率介于25 W和60 W之間的LED照明應(yīng)用而言，可以采用NCP1351這樣的PWM控制器;對于輸入功率在60 W至150 W范圍而言，PWM控制器可以采用NCP1271;輸入功率在150 W至300 W范圍的，可以采用NCP1396這樣的PWM控制器。而對于25 W至300 W的輸入功率范圍而言，都可以采用臨界導(dǎo)電模式(CRM)的PFC控制器NCP1606。

2)寬輸入范圍的中等電壓LED應(yīng)用DC-DC電源解決方案

除了便攜供電應(yīng)用，還有一系列高亮度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。

表1：寬輸入范圍的DC-DC LED應(yīng)用

即使目標(biāo)是采用恒定電流驅(qū)動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。

對于輸入電壓小于40 V的LED應(yīng)用而言，如果輸出電壓小于輸入電壓，則選擇降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)輸出電流來進(jìn)行選擇。若輸出電流大于1.2 A，則可采用設(shè)計用于為高亮度LED供電的1.5 A恒流開關(guān)穩(wěn)壓器NCP3065。這器件擁有額定值235 mV的極低反饋電壓，適合對LED串的平均電流進(jìn)行穩(wěn)流。它擁有高至40 V的較寬輸入電壓范圍，使其能夠工作在12 Vac或12 Vdc電源。NCP3065還提供適合汽車級應(yīng)用的版本—NCV3065。只需采用極少的外部元件(如MOSFET或低VCEsat開關(guān))，NCP3065開關(guān)穩(wěn)壓器即可配置為降壓、升壓或SEPIC等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這使得它還能用于電流小于1.2 A的應(yīng)用。對于電流小于1.2 A的應(yīng)用，還可采用NCP1215+MOSFET來構(gòu)成降壓轉(zhuǎn)換器。對于電流小于500 mA以及輸入電壓接近輸出電壓的應(yīng)用而言，可以采用NUD4001這樣的恒流線性驅(qū)動器。

如果輸出電壓大于輸入電壓，則選擇升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，如果是低壓電池供電應(yīng)用，則可以選用NCP5005、NCP5604、NCP5608和NCP5050這樣的低壓LED驅(qū)動器;如果不是低壓電池供電應(yīng)用，再看其輸出電壓值，如果大于40 V，同樣可以采用NCP3065開關(guān)穩(wěn)壓器，這時候NCP3065結(jié)合外部NMOS MOSFET配置為升壓控制器結(jié)構(gòu);否則，還要看開關(guān)電流來確定。如果開關(guān)電流大于1.3 A，則采用結(jié)合MOSFET或低VCEsat開關(guān)、配置為升壓控制器的NCP3065;如果小于1.3 A，采用配置為升壓轉(zhuǎn)換器的NCP3065。

除了單純的降壓或升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在某些環(huán)境下，也需要降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如從標(biāo)準(zhǔn)電源輸入端驅(qū)動LED串;此外，在輸入電壓和LED負(fù)載電壓交疊的場合中使用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也很常見。而NCP3065也能夠配置為降壓-升壓控制器。這種架構(gòu)需要2個電源開關(guān)。雖然NCP3065本身也包含1個電源開關(guān)，但我們可以使用1個低VCEsat PNP/NPN對管來獲得更高轉(zhuǎn)換效率。這是一種可擴(kuò)展的方案，整流器和電源開關(guān)都能夠根據(jù)具體的輸入和輸出電壓以及電流電平來調(diào)整。值得一提的是，諸如NSS40500UW3這樣的低VCEsat晶體管采用小巧的2×2 mm封裝，提供極佳的性能。

圖4所示的是功率最高達(dá)12 W的NCP3065降壓-升壓電路。這電路設(shè)計用于電流高達(dá)0.7 A的應(yīng)用，輸入電壓范圍可達(dá)8至26 Vdc。輸出電壓Vout為16 Vdc @ 700 mA和輸入電壓Vin為13-26 Vdc時，能效可達(dá)72%至80%。

圖4：功率高達(dá)12 W的NCP3065降壓-升壓電路

LED便攜背光應(yīng)用電源解決方案

白光LED和RGB三色LED廣泛應(yīng)用于小尺寸LCD面板和鍵盤的背光以及指示燈應(yīng)用。在手機和數(shù)碼相機應(yīng)用中，高亮度LED還可用作閃光燈電源。這些應(yīng)用需要優(yōu)化的解決方案，不僅要能夠最大限度延長電池使用時間，同時還要最大程度減小PCB占用面積和高度。

在這類LED背光應(yīng)用中，既可以采用線性穩(wěn)壓器，也可以采用開關(guān)穩(wěn)壓器，各有其優(yōu)勢。線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)比較簡單、設(shè)計簡單、成本低、噪聲低、尺寸小、靜態(tài)電流低。而開關(guān)穩(wěn)壓器的能效較高，可達(dá)70~85%。安森美半導(dǎo)體根據(jù)用戶的應(yīng)用需求，提供多種類型的解決方案。在開關(guān)穩(wěn)壓器解決方案方面，就同時提供電感型和電荷泵型這兩種類型。具體而言，電感升壓驅(qū)動器NCP5005 ， NCP5050具有高能效和高輸出電壓的優(yōu)勢，其能效高達(dá)90%以上，而且大多能夠驅(qū)動多達(dá)5個串聯(lián)LED(輸出電壓達(dá)21 V)。此外，由于LED采用串聯(lián)連接，這種類型的器件也具有理想的照明/電流匹配特性。由于無需電感，電荷泵型驅(qū)動器NCP5602， NCP5612， NCP5623有助于造就小型緊湊的解決方案，而這對應(yīng)用中小尺寸LCD的便攜產(chǎn)品而言顯得猶為重要。這種類型的驅(qū)動器配備低成本的電容和電阻，能夠造就成本更低的解決方案。這種驅(qū)動器可以驅(qū)動1至3個LED，適合于小型器件的背光應(yīng)用。

除了LCD，有機發(fā)光二極管(OLED)這種新興顯示技術(shù)近年來也開始應(yīng)用在便攜設(shè)備乃至中大尺寸平板電視之中。市場上最初出現(xiàn)的是無源矩陣OLED(PMOLED)，由于其驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原因，其顯示尺寸局限在1.8英寸及以下，常用于MP3播放器和手機副屏之中。更新的有源矩陣OLED(AMOLED)技術(shù)則沒有顯示尺寸方面的限制，它比LCD具有多項重要優(yōu)勢，如寬廣的視角、高對比度、極快的響應(yīng)時間和纖薄的厚度，這得益于它消除了背光的需要。AMOLED面板被用于手機的主顯示屏及MP3播放器等。

安森美半導(dǎo)體在市場上率先推出了專用的有源矩陣(AMOLED)面板穩(wěn)壓電源IC—NCP5810D。NCP5810D雙輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器在1.75 MHz振蕩器頻率下整個電源能效高達(dá)83%。它具有極佳的線路瞬態(tài)抑制能力，在25 mA電流時線路瞬態(tài)電壓為5 mV。為了適應(yīng)AMOLED顯示屏纖薄的外形，該轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換至1.75 MHz的高頻，可使用體積較小的電感器和陶瓷輸出電容器。其0.55mm厚的超薄封裝，使NCP5810D適用于最薄的便攜式產(chǎn)品設(shè)計中。此外，它在關(guān)機模式下的斷電功能，將泄漏顯示電流限制在1微安，節(jié)約了關(guān)機狀態(tài)下的電池電源。NCP5810D還具有逐周期峰值電流限制和熱關(guān)機保護(hù)功能。 NCP5810D采用超薄的3.0mm×3.0mm×0.55mm LLGA-12封裝。