淺談恩智浦LED驅動(dòng)IC SSL2101性能及應用電路

LED在電子系統中使用已經(jīng)有很多年了，主要用作電子設備的指示燈。推動(dòng)LED照明市場(chǎng)發(fā)展的關(guān)鍵推動(dòng)力是高亮度LED和智能LED控制器的出現。采用高亮度LED的產(chǎn)品設計師面臨的主要設計挑戰包括散熱管理、驅動(dòng)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(shí)現這樣的一個(gè)電子燈驅動(dòng)系統，它不僅可以與現有的調光開(kāi)關(guān)一起工作，而且可復制現有光源的調光性能。

NXP(恩智浦)SSL2101IC可以滿(mǎn)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(gè)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(dòng)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(diǎn)，NXP開(kāi)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(dòng)器。

恩智浦SSL2101是一款小尺寸開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)控制器IC,專(zhuān)為驅動(dòng)LED設備而設計，并且提供可調光能力，以進(jìn)一步改善LED照明的能效。

SSL2101可以驅動(dòng)各種具有不同電源要求的照明系統，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設計師設計更高能效的系統提供了不可多得的機會(huì )。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(shí)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(kāi)關(guān)，可以直接從整流市電電壓?jiǎn)?dòng)，因而無(wú)需外部啟動(dòng)電路。為支持調光能力，SSL2101包含兩個(gè)集成高壓開(kāi)關(guān)用于分壓器操作，以及一個(gè)輸入，用于感應實(shí)時(shí)燈具功率，并在需要時(shí)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(gè)附加輸入，可以用來(lái)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(kāi)關(guān)。該器件的內置電路可以用來(lái)降低電容性接通損耗，優(yōu)化谷底開(kāi)關(guān)效率，使SSL2101在低功率水平時(shí)能進(jìn)行高效功率轉換。SSL2101使用接通時(shí)間模式和頻率模式來(lái)控制LED亮度。頻率變化控制與接通時(shí)間控制二者相結合，產(chǎn)生與白熾燈相似的調光曲線(xiàn)。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I(lǐng)C透過(guò)散熱增強封裝和內置過(guò)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(guò)流保護(OTP)功能，符合有關(guān)安全與功率因子的法規要求。

NXPSSL2101主要功能特點(diǎn)

SSL2101是一個(gè)采用SO16封裝的多芯片模組(MCM)，它包含一個(gè)高效率的電源轉換器和內部電路來(lái)實(shí)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(diǎn)：

◆集成電源開(kāi)關(guān)：這可減小元器件成本，并確保最優(yōu)的驅動(dòng)和開(kāi)關(guān)保護。

◆谷值檢測：這一特性可降低轉換器損失，因為開(kāi)關(guān)可在最佳的時(shí)間點(diǎn)閉合。

◆集成bleeder開(kāi)關(guān)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(shí)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(gè)關(guān)鍵的參數。

◆基于占空比和轉換器開(kāi)關(guān)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(guò)調節控制調光系統的參數，實(shí)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(guò)熱保護、過(guò)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(gè)與白熾燈或鹵素燈完全不同類(lèi)型的驅動(dòng)器。白熾燈表現為具備自穩定特性的純電阻負載，LED則需要一個(gè)電流源。LED產(chǎn)生的光通量近似正比于流經(jīng)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(guò)，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(shí)產(chǎn)生的能量(eV)相關(guān)，該能量又直接相關(guān)于光的顏色。此外，不同生產(chǎn)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(gè)LED到驅動(dòng)器上，因為單一的LED不能產(chǎn)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(guò)，由于一個(gè)LED的正向電壓會(huì )隨著(zhù)溫度上升而下降，因此這一配置本質(zhì)上是不穩定的。隨著(zhù)溫度的升高，越來(lái)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(guò)，采用并聯(lián)配置(或串并聯(lián)組合)的一個(gè)原因是，它允許大量的LED以一個(gè)安全的電源電壓結合在一起，而如果要采用串行連接來(lái)達到相同的亮度，可能需要一個(gè)高得令人無(wú)法接受的電壓。

并行配置還提供了其他優(yōu)勢，如果一個(gè)串行連接的LED鏈上一個(gè)LED或連接出現問(wèn)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(huà)，這情況將不可能發(fā)生。采用并聯(lián)配置時(shí)，建議每條支路都增加電流調節機制，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(shí)，電源轉換器的效率最高。當采用市電輸入的LED驅動(dòng)器時(shí)，允許產(chǎn)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(jìn)的型號可與連接到鹵素燈的變壓器一起使用。目前專(zhuān)門(mén)針對LED負載的市電調光器仍然很罕見(jiàn)。

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

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。目前市場(chǎng)上還沒(méi)有白熾燈調光器標準，因此目前市場(chǎng)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(shí)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，對LED球泡燈實(shí)現0%-100%范圍內的連續可調，效率達到70%以上。該電源驅動(dòng)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(guò)7,000小時(shí)

SSL2101正通過(guò)一項業(yè)內運行時(shí)間最長(cháng)的加速壽命測試，測試自2008年12月開(kāi)始，以零故障運行。截至目前，該測試運行時(shí)間已達7,000小時(shí)并仍在繼續進(jìn)行。半導體行業(yè)的傳統壽命測試程序通常以1,000小時(shí)測試時(shí)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(chǎn)的產(chǎn)品中隨機抽取一批SSL2101IC驅動(dòng)器在高應力條件下進(jìn)行測試，全部測試樣品在150°C的IC結點(diǎn)溫度下運行超過(guò)7,000小時(shí)之后仍保持了完整的功能性。測試過(guò)程中采取多項測試與不同設置來(lái)檢測在若干使用情況下的所有可能失效模式，其中包括持續開(kāi)啟、開(kāi)/關(guān)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(shí)照明應用中的推斷壽命估計如下：

●105°C條件下，壽命超過(guò)6萬(wàn)小時(shí)

●115°C條件下，壽命超過(guò)3.5萬(wàn)小時(shí)

●125°C條件下，壽命超過(guò)2萬(wàn)小時(shí)

●150°C條件下，壽命超過(guò)7,000小時(shí)

NXPSSL2102介紹

它是最新LED集成市電調光驅動(dòng)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(dòng)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(chǎng)專(zhuān)柜展示用LED燈串。

SSL2102的主要特點(diǎn)包括：

◆通過(guò)內置對數調光曲線(xiàn)實(shí)現視覺(jué)自然調光

◆支持市場(chǎng)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(kāi)關(guān)電源設計

◆擁有增強散熱功能的SO20寬體封裝

◆最佳能效谷底開(kāi)關(guān)檢測

◆內置解磁檢測

◆內置過(guò)熱保護功能(OTP)

◆支持從整流市電電壓?jiǎn)?dòng)作為一款集成調光控制器及開(kāi)關(guān)電源模塊的LED驅動(dòng)器IC,SSL2102與SSL2101功能相同，但支持功率更高，使客戶(hù)能夠將一種設計應用于功率額定范圍更廣的多種不同最終產(chǎn)品。

NXPSSL210X典型應用

NXPSSL210X次級邊恒流IC應用

●客戶(hù)希望電流精度較高的可以采用專(zhuān)門(mén)恒流IC

●恒流ICRT8456專(zhuān)門(mén)應用于LED恒流驅動(dòng)

●恒流IC放置次級邊，不做二次DC/DC轉換，提高效能.