分析通用市場(chǎng)中的高亮度LED驅動(dòng)應用技術(shù)

目前，最常見(jiàn)的白光LED是通過(guò)在藍色的發(fā)光二極管上面涂上黃磷制成的。此外，還可以將紅、綠、藍三種光互相調配做成白色LED。LED的發(fā)展非常迅速，現在100L/W到120L/W的白光LED已經(jīng)可以大量生產(chǎn)了。

但是，LED驅動(dòng)的發(fā)展也存在著(zhù)很大的挑戰，由于LED本身就是線(xiàn)性元件，因此目前主要面臨的問(wèn)題是：第一，正向電壓隨著(zhù)電流和溫度的變化而變化；第二，不同器件的正向電壓會(huì )有差異；第三，"色點(diǎn)"會(huì )隨著(zhù)電流和溫度的變化而漂移；第四，LED必須在規范要求的范圍內工作，從而實(shí)現可靠工作。

圖1中展示的是LED驅動(dòng)器的基本結構，最左側為輸入部分，驅動(dòng)器中有兩個(gè)重要的部分：一個(gè)是電源轉換，包括非隔離型和隔離型兩種；另一個(gè)是驅動(dòng)器，它將輸入電壓轉換成恒流來(lái)驅動(dòng)LED。驅動(dòng)器的主要功能就是在工作條件范圍內限制電流，無(wú)論輸入條件和正向電壓如何變化。除了限流之外，在制作驅動(dòng)器產(chǎn)品的時(shí)候，我們也要考慮它的效率、成本、尺寸等諸多因素。在效率方面，因為人的視覺(jué)系統會(huì )濾除電流紋波，所以如果開(kāi)關(guān)頻率達到100Hz至150 Hz，驅動(dòng)器的"恒定"電流就不需要為直流電平，而是可以采用非線(xiàn)性電流來(lái)驅動(dòng)LED。這樣，不但可以提高效率，還可以簡(jiǎn)化電路。

圖1：LED驅動(dòng)器的基本結構

離線(xiàn)應用

典型的離線(xiàn)應用包括電子鎮流器、熒光燈代替品、交通信號燈、LED燈泡、街道和停車(chē)照明、建筑物照明、標志等。

圖2是安森美公司NCP1014/28離線(xiàn)式第二代LED驅動(dòng)器的電路圖，其中，藍色部分為恒定電流電路，此外還設有最高電壓鉗制電路，保證輸出電壓不會(huì )超出設計電壓范圍，確保安全。NCP1014是一款離線(xiàn)脈寬調制(PWM)開(kāi)關(guān)穩壓器，具有集成的高壓MOSFET，當采用通用交流線(xiàn)路供電時(shí)，最高能夠提供8 W的輸出功率。其中，NCP1014 LED驅動(dòng)器是完全隔離的交流-直流轉換器，針對恒流應用進(jìn)行了優(yōu)化。NCP1014/NCP1028采用350 mA/22 V直流變壓器設計及700 mA/17V的直流配置。需要說(shuō)明的是，如果針對230 V交流線(xiàn)路使用另一種可選變壓器，則該轉換器能夠提供高達19W（NCP1014）或25W（NCP1028）的功率。

圖2：NCP1014/28離線(xiàn)式第二代LED驅動(dòng)器

在一些更大功率的應用中，如大于15W的設計，一般單芯片驅動(dòng)器會(huì )有功率限制，所以可以考慮用分立的方法來(lái)實(shí)現。在圖3的應用中，用NCP1351加上一個(gè)新的MOSFET，做成一個(gè)驅動(dòng)器，它能支持350 mA至1 A的恒流。在設計中應用NCP1351，它采用了可變頻率控制器，在輕載或無(wú)負載狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)頻率很低，啟動(dòng)時(shí)具有非常低的電流損耗和很高的效率。此外，在輸出部分，還增加了恒流電路和最高電壓控制電路。

圖3：基于NCP1351 20W通用輸入的應用示例

圖4是利用NCP4300A的恒流恒壓電路，該電路具有以下優(yōu)勢：電流感測電壓降僅為簡(jiǎn)單分立方式的20%；通過(guò)負載穩流精度更高，小于3%，且根據元件容限的不同會(huì )有差異；具有專(zhuān)門(mén)的穩壓和穩流環(huán)路，可以方便設計者設計參數；僅在最大正向電壓超過(guò)36 V時(shí)需要外掛，采用齊納器件對NCP4300A進(jìn)行穩壓。

圖4：NCP4300恒流恒壓反饋控制，用于反激轉轉器

另外還有一種降壓的方法，就是非隔離型離線(xiàn)降壓電路，這種電路模式可以提高效能。其峰值電流控制（PCC）拓撲結構工作在深度、連續導電模式下，不但可以更好地進(jìn)行電流設置，還可以充分利用動(dòng)態(tài)自供電的功能，直接驅動(dòng)外掛的MOSFET，同樣也可以降低整個(gè)設計成本。

針對非隔離型LED，在其輸入方面要認真考量。因為輸入電壓很高，當輸出電壓很小時(shí)，會(huì )導致占空比非常窄，所以開(kāi)關(guān)控制器在電流被感測到之前會(huì )有200ns至400 ns的前沿消隱。因此，必須降低開(kāi)關(guān)頻率以適應正常操作，使輸入電壓通過(guò)半波整流輸入電路時(shí)保持在最低值。

電路是否需要PFC穩壓，主要在于電流是否為正弦波。PFC的存在可以幫助改善電網(wǎng)的效率。在一些照明設備中，凡超過(guò)25W的應用，全部需要PFC穩壓。

除了之前提到PFC以外，在線(xiàn)性照明、背光效果、街道照明等應用中，還會(huì )用到分布式直流架構。圖5中可以看到在PFC后面有一個(gè)隔離的DC-DC，形成12V、24V輸出，利用PWM對光線(xiàn)明暗進(jìn)行控制。

圖5：分布式直流架構

寬輸入范圍直流-直流LED應用包括：景觀(guān)照明、內部低壓軌道照明、太陽(yáng)能照明、交通、應急車(chē)輛、顯示器/屏背光、船舶應用、便攜投影儀、替換低壓鹵素燈、汽車(chē)應用等。安森美NCP3065/6多模LED驅動(dòng)器（圖6）是一種低成本應用，具有以下特性：

圖6：NCP3065/6多模LED驅動(dòng)器器框

集成1.5 A開(kāi)關(guān)；
降壓、升壓和反轉(降壓-升壓)/SEPIC
拓撲結構；
輸入電壓范圍為3.0至40 V；
235 mV的低反饋