照明市場(chǎng)中的高亮度LED驅動(dòng)挑戰
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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(jiǎn)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(lái)實(shí)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(yōu)勢，如可以消除使用大電解輸出電容、具有“良好”穩流的簡(jiǎn)單控制原理，以及能夠充分利用安森美半導體的動(dòng)態(tài)自供電(DSS)技術(shù)能力來(lái)直接從交流線(xiàn)路為驅動(dòng)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(xiàn)式LED驅動(dòng)應用
它充分利用高壓工藝技術(shù)的優(yōu)勢，從交流主電源直接為控制器供電，進(jìn)一步簡(jiǎn)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(dòng)設計，IC和LED并非對地參考。在對器件進(jìn)行供電之前，LED必須連接至電路板。
對于這類(lèi)降壓控制方式而言，當控制的LED數量減少時(shí)，它的一項局限就會(huì )出現，因為這時(shí)占空比會(huì )變得極窄。而且開(kāi)關(guān)控制器在電流被感測到之前會(huì )有200至400 ns的前沿消隱電路。在這種情況下，必須降低開(kāi)關(guān)頻率來(lái)適應正常操作，并通過(guò)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(guò)元件修改來(lái)輕易擴展，從而也能驅動(dòng)更長(cháng)的LED串。
2)采用寬輸入范圍的直流-直流(DC-DC)電源為L(cháng)ED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(yáng)能電池以及低壓的12 和24 VAC交流系統。這類(lèi)的照明應用眾多，如活動(dòng)式照明、景觀(guān)和道路照明、汽車(chē)和交通照明、太陽(yáng)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(dòng)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(dòng)電流和制造容限決定。憑借這些信息，就可以選擇恰當的線(xiàn)性或開(kāi)關(guān)電源拓撲結構，如線(xiàn)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(kāi)關(guān)，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(jìn)行逐周期電流限制、不需要控制環(huán)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(fā)生磁滯時(shí)內部熱關(guān)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L(cháng)ED提供保護
如前所述，LED是一種使用壽命極長(cháng)的光源(可長(cháng)達5萬(wàn)小時(shí))。除了需要針對具體的LED應用選擇適合的LED驅動(dòng)解決方案，還需要為L(cháng)ED提供適當的保護，因為偶爾LED也會(huì )失效。其原因多種多樣，可能是因為L(cháng)ED早期失效，也可能是因為局部的組裝缺陷或是因瞬態(tài)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(guān)鍵應用(故障停機成本高)，或是安全攸關(guān)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(kāi)路分流保護器的應用示意圖
在LED正常工作時(shí)，泄漏電流僅為近100 μA；而在遭遇瞬態(tài)或浪涌條件時(shí)，LED就會(huì )開(kāi)路，這時(shí)NUD4700分流保護器所在的分流通道激活，所帶來(lái)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(cháng)、指向性好等眾多優(yōu)勢，越來(lái)越受業(yè)界青睞用于通用照明市場(chǎng)。而LED在通用照明市場(chǎng)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(dòng)、散熱和光學(xué)等。本文以L(fǎng)ED驅動(dòng)為重點(diǎn)，分析了通用照明市場(chǎng)中LED驅動(dòng)面臨的挑戰，并結合安森美半導體的高性能LED驅動(dòng)解決方案，探討了不同的LED驅動(dòng)應用示例，如通過(guò)交流隔離電源為L(cháng)ED供電和通過(guò)寬輸入范圍DC-DC電源為L(cháng)ED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。
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