為不同DC-DC LED照明應(yīng)用選擇適合的高能效驅(qū)動(dòng)器方案

近年來(lái)，高亮度LED的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增多，涵蓋從行動(dòng)裝置背光、中大尺寸LCD背光、汽車內(nèi)部及外部照明及一般照明等寬廣范圍。常見(jiàn)DC-DC led照明應(yīng)用包括景觀照明、內(nèi)部低壓道路照明、太陽(yáng)能供電照明、汽車照明、應(yīng)急車輛照明、船舶應(yīng)用、低壓鹵素類替代及飛機(jī)內(nèi)部照明等。本文將重點(diǎn)探討如何為不同DC-DC LED照明應(yīng)用選擇適合的安森美半導(dǎo)體高能效驅(qū)動(dòng)器方案。

表1：常見(jiàn)DC-DC LED照明應(yīng)用

　　LED DC-DC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　根據(jù)輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系，我們可將LED DC-DC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為以下幾種類型：

　　降壓：適合于在所有工作條件下最小輸入電壓始終高于LED串最大電壓的應(yīng)用。例如，以12 V電源驅(qū)動(dòng)單顆1 W LED時(shí)，使用此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　升壓：適合于在所有工作條件下最大輸入電壓始終低于LED串最小電壓時(shí)的應(yīng)用。例如，以5 V電源驅(qū)動(dòng)6顆LED時(shí)，使用此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　降壓-升壓，或單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)：適合于輸入電壓與輸出電壓有交迭的應(yīng)用。例如，以12 V汽車電池驅(qū)動(dòng)4顆LED時(shí)，可使用此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合采用不同的LED驅(qū)動(dòng)器方案。安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供貨商，運(yùn)用公司在電源管理方面的專業(yè)技術(shù)及專知，針對(duì)各種LED照明應(yīng)用提供寬廣范圍的高能效驅(qū)動(dòng)器方案，其中包括各種高能效DC-DC LED照明方案。

LED DC-DC降壓驅(qū)動(dòng)器方案

　　典型LED DC-DC降壓應(yīng)用有如線槽燈、書(shū)架燈及展示柜燈等中使用的高亮度模塊化燈條，一般每條(11.5 x 1英寸) 4顆LED，根據(jù)顏色的不同，光效為23至47 lm/W，電壓為23至25 V 。

　　根據(jù)頻率及電流的不同，此類應(yīng)用中可以使用安森美半導(dǎo)體提供不同的LED DC-DC降壓驅(qū)動(dòng)器方案，包括NCL30100控制器、CAT4201穩(wěn)壓器，以及能夠配置為降壓穩(wěn)壓器的NCP3065/NCV3065、NCP3066/NCV3066穩(wěn)壓器及控制器等(見(jiàn)圖1)。這些方案各有其特點(diǎn)。

圖1：不同LED DC-DC降壓驅(qū)動(dòng)器方案。

　　例如，NCL30100作為控制器，本身并未整合FET，但它支持使用高性價(jià)比的N信道MOSFET作為外部組件，能夠調(diào)節(jié)電流，并以100%的占空比工作。但此組件的電源電壓(VCC)能達(dá)18 V，需要外部組件以支持較高電壓，且需要用于確定數(shù)量的LED設(shè)計(jì)。NCL30100適合MR16燈泡、12 V景觀照明、太陽(yáng)能供電LED照明、線性照明及廣告牌文字電路和標(biāo)志背光等應(yīng)用。

圖2：NCL30100 LED降壓控制器基本應(yīng)用電路圖。

　CAT4201則是整合了MOSFET開(kāi)關(guān)的完整電源轉(zhuǎn)換器，采用小型TSOT5封裝，最高電壓36 Vdc(可承受40 V瞬時(shí)電壓)，能驅(qū)動(dòng)總電壓達(dá)32 V的7顆串行LED，電源能效高達(dá)94%，提供限流及熱保護(hù)。但此組件在大多數(shù)應(yīng)用中要求輸出電容，且LED輸出電流限流為最大350 mA。CAT4201適用于12 V及24 V照明系統(tǒng)、汽車及飛機(jī)照明和通用照明等應(yīng)用。

圖3：CAT4201 LED降壓驅(qū)動(dòng)器典型應(yīng)用電路圖。

　　NCP3065和NCP3066，以及相應(yīng)通過(guò)汽車認(rèn)證的版本NCV3065和NCV3066，是彈性的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，能夠配置為降壓、升壓及降壓-升壓等不同結(jié)構(gòu)。配置為L(zhǎng)ED降壓穩(wěn)壓器時(shí)，能在不采用輸出大電容的條件下工作，支持+40 V/1.5 A典型峰值開(kāi)關(guān)電流，可以設(shè)定350 mA、700 mA及1,000 mA等不同輸出電流，還能夠配合調(diào)光需求。NCP3065/6、NCV3065/6適合于汽車及船舶照明、大功率LED驅(qū)動(dòng)器、恒流源、低壓LED照明(景觀、道路、太陽(yáng)能及MR16替代)等應(yīng)用。

圖4：NCP3065典型LED降壓應(yīng)用電路（左）及典型LED升壓應(yīng)用電路（右）。

　　LED DC-DC升壓驅(qū)動(dòng)器方案

　　如上所述，NCP3065/6、NCV3065/6能夠配置為不同結(jié)構(gòu)，圖4右顯示的是即是配置為升壓結(jié)構(gòu)的應(yīng)用電路圖。

此外，安森美半導(dǎo)體還將推出專門(mén)用于高能效升壓模式的NCL30131 LED升壓驅(qū)動(dòng)器，適合于驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)串高亮度LED。NCL30131是一款能夠采用N溝道FET的開(kāi)關(guān)升壓控制器，能夠用于構(gòu)建高能效的LED升壓驅(qū)動(dòng)器。此組件使用電壓模式脈寬調(diào)變(PWM)回饋機(jī)制，帶有運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(OTA)。此組件具有高驅(qū)動(dòng)能力，能驅(qū)動(dòng)大電流/高能效MOSFET。輸入電壓范圍極寬，介于4.5 V至28 V之間。NCL30131提供300/600/1,000 kHz開(kāi)關(guān)頻率，提供可程序設(shè)計(jì)限流、短路保護(hù)、熱關(guān)閉、過(guò)壓保護(hù)及欠壓鎖定等豐富保護(hù)功能，適合MR16建筑物照明、燈條、景觀照明及櫥柜內(nèi)照明等應(yīng)用。

圖5：NCL30131高能效升壓LED驅(qū)動(dòng)器典型電路圖。

　　基于NCL30131構(gòu)建的驅(qū)動(dòng)10顆高亮度LED的+12 Vin @ ~700 mA演示板測(cè)試顯示，能效高于90%，線路穩(wěn)壓精度達(dá)到低于0.2%。

　　除了NCL30131，安森美半導(dǎo)體還提供另一款LED DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器——CAT4240。此組件采用1 MHz的固定開(kāi)關(guān)頻率工作，能夠使用小量值的外部陶瓷電容及電感。此組件的高壓輸出段極適合驅(qū)動(dòng)包含多達(dá)10個(gè)串行白光LED的中等尺寸及大尺寸面板顯示器，能效高達(dá)94%。

　　LED DC-DC降壓-升壓驅(qū)動(dòng)器方案

　　典型LED降壓-升壓應(yīng)用包括以12 V交流或12 V直流電源驅(qū)動(dòng)包含3至4顆LED的模塊。這種應(yīng)用中就可以采用配置為降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的NCP3065/6控制器，從而滿足輸入電壓與輸出電壓有交迭的應(yīng)用需求。圖6顯示的是NCP3065在此類應(yīng)用中的電路圖。

圖6：NCP3065 LED降壓-升壓應(yīng)用電路圖。

GreenPoint?網(wǎng)上設(shè)計(jì)模擬工具加快DC-DC LED照明設(shè)計(jì)

　　安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供貨商，針對(duì)各種 LED照明應(yīng)用(包括DC-DC LED照明應(yīng)用)提供完整的系統(tǒng)方案，包括電源、通訊、光傳感器、MOSFET、整流器、保護(hù)、濾波器及熱管理產(chǎn)品等。

　　此外，為了幫助設(shè)計(jì)人員加快LED照明設(shè)計(jì)，安森美半導(dǎo)體還提供GreenPoint?網(wǎng)上設(shè)計(jì)模擬工具，讓設(shè)計(jì)人員坐在工作臺(tái)前，即可以輕松地通過(guò)“選定LED驅(qū)動(dòng)器”、“確定設(shè)計(jì)要求”、“自動(dòng)產(chǎn)生設(shè)計(jì)電路圖”、“仿真及驗(yàn)證”、“產(chǎn)生物料單及報(bào)告”、“下載報(bào)告為PDF檔案”及“保存檔案和分享”等幾個(gè)步驟，大幅縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。

　　此網(wǎng)上設(shè)計(jì)工具目前已經(jīng)支持多款安森美半導(dǎo)體的高能效LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的應(yīng)用設(shè)計(jì)，其中支持的DC-DC LED驅(qū)動(dòng)器包括NCP3065、NCP3066、NCL30100、CAT4201、NCP1529(降壓方案)、NCP5030(降壓-升壓方案)及NCP5050(升壓方案)等。后續(xù)還將支持更多產(chǎn)品。

圖7：安森美半導(dǎo)體GreenPoint?網(wǎng)上設(shè)計(jì)工具幫助加快LED照明設(shè)計(jì)。

　　總結(jié)

　　安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供貨商，提供不同的高能效DC-DC LED照明產(chǎn)品，方便用戶根據(jù)應(yīng)用需求來(lái)選擇 。安森美半導(dǎo)體同時(shí)提供在線模擬設(shè)計(jì)工具、演示板及多款參考設(shè)計(jì)，說(shuō)明客戶簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)中標(biāo)及使用。安森美半導(dǎo)體的LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)持續(xù)趨向小尺寸、高能效及低成本，幫助推動(dòng)LED照明市場(chǎng)不斷向前發(fā)展。