低電流LED應用的線(xiàn)性恒流開(kāi)關(guān)穩壓方案

　　憑借著(zhù)節能、長(cháng)使用壽命及色彩組合豐富等優(yōu)勢，LED成為增速最快的半導體領(lǐng)域之一，近年來(lái)的年復合增長(cháng)率(CAGR)高達20%，預計2012年全球LED市場(chǎng)總值更將達114億美元，前景非?？捎^(guān)。

　　市場(chǎng)上典型的LED驅動(dòng)器包括兩類(lèi)，即線(xiàn)性驅動(dòng)器和開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器；進(jìn)一步細分，則有三種，分別是開(kāi)關(guān)穩壓器、線(xiàn)性穩壓器和電阻型驅動(dòng)器。這三種驅動(dòng)器分別適合不同等級的電流應用，見(jiàn)圖1。如電流大于500 mA的大電流應用采用開(kāi)關(guān)穩壓器，因為線(xiàn)性驅動(dòng)器限于自身結構原因，無(wú)法提供這樣大的電流；而在電流低于200 mA的低電流應用中，通常采用線(xiàn)性穩壓器及電阻型驅動(dòng)器；而在200至500 mA的中等電流應用中，既可以采用線(xiàn)性穩壓器，也可以采用開(kāi)關(guān)穩壓器?！?/P>

　　圖1：不同電流范圍所適用的LED驅動(dòng)器。

　　開(kāi)關(guān)穩壓器的能效高，并提供極佳的亮度控制。線(xiàn)性穩壓器結構比較簡(jiǎn)單，易于設計，提供穩流及過(guò)流保護，具有外部電流設定點(diǎn)，且沒(méi)有電磁兼容性(EMC)問(wèn)題。電阻型驅動(dòng)器利用電阻這樣的簡(jiǎn)單分立器件，限制LED串電流，是一種經(jīng)濟的LED驅動(dòng)方案，同樣易于設計，且沒(méi)有EMC問(wèn)題。

　　安森 美半導體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅解決方案供應商，為不同的LED應用提供豐富的開(kāi)關(guān)穩壓器及線(xiàn)性穩壓器選擇。與此同時(shí)，市場(chǎng)上的客戶(hù)也需要一種比開(kāi)關(guān)穩壓器和普通線(xiàn)性穩壓器經(jīng)濟、但在性能上又比電阻型驅動(dòng)高出許多的驅動(dòng)方案。在這種情況下，安森美半導體運用正待批專(zhuān)利的自偏置晶體管(SBT)技術(shù)，結合自身超強的工藝控制能力，推出一種新的LED驅動(dòng)方案——分立線(xiàn)性恒流穩壓器(CCR)，填補了這個(gè)市場(chǎng)空隙，并進(jìn)一步豐富了安森美半導體寬廣的LED驅動(dòng)器產(chǎn)品陣容。

　　低電流LED應用及驅動(dòng)器比較

　　新的線(xiàn)性恒流穩壓器適合20 mA至200 mA的低電流LED應用。如在汽車(chē)應用中，組合尾燈的電流要求通常只有數十毫安(mA)。此外，在廣告牌文字電路、背光顯示牌等商業(yè)及工業(yè)應用中，輸入電壓通常為高至30 Vdc，而LED電流在20 mA至150 mA之間。而在裝飾照明、工作燈、景觀(guān)照明、柜臺照明等建筑物及通用照明應用中，輸入電壓通常為12至48 Vac或120/220 Vac，而LED電流也僅在20至100 mA之間。此外，電冰箱和洗衣機等家用電器中也采用LED為小型LCD顯示屏背光或替代照明燈泡，這類(lèi)應用同樣需要低電流的LED驅動(dòng)器。

　　在低電流LED應用中，電阻型驅動(dòng)器盡管成本較低且結構簡(jiǎn)單，但這種驅動(dòng)器在低電壓條件下，正向電流較低，會(huì )導致LED亮度不足，且在負載突降等瞬態(tài)條件下，LED可能受損。而且，這種解決方案需要恰當的LED編碼(binning)，電阻庫存大，且能效低。

　　與電阻型驅動(dòng)器相比，線(xiàn)性恒流穩壓器提供穩定電流，在寬電壓范圍下提供恒定亮度，在高輸入電壓時(shí)保護LED，使其免于過(guò)驅動(dòng)，在低輸入電壓時(shí)提供更高的亮度。而得益于其恒流特性，客戶(hù)可以減少或消除源自不同供應商提供的不同LED的編碼成本，使系統總成本更低。

　　圖2：CCR結合電阻型驅動(dòng)器與線(xiàn)性穩壓器所長(cháng)，填補了市場(chǎng)空隙。

　　我們可以通過(guò)實(shí)際的測試來(lái)驗證這兩種驅動(dòng)器的性能對比情況，見(jiàn)圖3。測試中對比了分別采用這兩種驅動(dòng)器實(shí)現的組合尾燈，其中的CCR是穩定電流為25 mA的器件。從圖中可以看出，在9 V的相同輸入電壓時(shí)，CCR比電阻型驅動(dòng)器的電流高，使LED更亮。在13 V的相同電壓輸入時(shí)，二者亮度一致。電壓高于13 V后，CCR的電流逐漸穩流到25 mA，而電阻型驅動(dòng)器的電流則一直上升，可能導致LED過(guò)驅動(dòng)，從而損壞LED。此外，CCR提供的電流精度達±10%，完全滿(mǎn)足應用要求，而電阻型的電流精度僅為±50%，相差甚遠。

　　圖3：電阻型驅動(dòng)器與穩流電流為25 mA的線(xiàn)性恒流穩壓器的V-I曲線(xiàn)比較。

　　基于專(zhuān)利SBT技術(shù)的簡(jiǎn)單、經(jīng)濟及強固的線(xiàn)性恒流穩壓器

　　安森美半導體的線(xiàn)性恒流穩壓器基于安森美半導體正待批專(zhuān)利的自偏置晶體管(SBT)技術(shù)，提供一定程度的集成，并結合安森美半導體的超強的工藝控制能力，為低電流應用提供簡(jiǎn)單(Simple)、經(jīng)濟(Economical)及強固(Robust)的LED驅動(dòng)解決方案。

　　具體而言，這器件的雙端非常易于設計，適合高端(High-side)及低端(Low-side)應用，且不需要外部元件，非常簡(jiǎn)單。它的經(jīng)濟性主要體現在消除LED編碼，降低庫存成本，以及保護LED，降低替代及維護成本。安森美半導體還規劃推出三端可調節輸出的線(xiàn)性恒流穩壓器，它們的結構示意圖見(jiàn)表1。

　　值得一提的是，安森美半導體的線(xiàn)性恒流穩壓器支持采用120/220 Vac供電，如在建筑物及通用照明應用中，120/220 Vac交流市電輸入經(jīng)過(guò)橋式整流后，只需要保證輸入電壓減去LED串總電壓后所剩下的電壓不超過(guò)這線(xiàn)性恒流穩壓器45 V的陽(yáng)極-陰極最大電壓VAK即可。這同樣體現出它的易于設計特性。

　　而在強固性方面，安森美半導體的這系列器件表現非常突出。例如，其設計帶有負溫度系數(NTC)，在極端的電壓和工作溫度下保護LED免受熱失控影響。例如，采用SOT-223表面貼裝封裝的器件尺寸為7.0 mm x 6.5 mm x 1.6 mm，85℃時(shí)能在電路板上500 mm長(cháng)/不到29克重的銅片上耗散630 mW的功率，非常適用于極端的熱工作環(huán)境。此外，這些器件通過(guò)了嚴格的AEC101汽車(chē)標準認證，適用苛刻的汽車(chē)應用要求。這些器件還承受開(kāi)關(guān)瞬態(tài)及電壓尖峰，并具備良好的靜電放電(ESD)額定脈沖等級，測得為1.8 kV。此外，這些器件還支持環(huán)保，使用無(wú)鹵素模子化合物，并符合無(wú)鉛RoHS指令要求。

　　安森美半導體首批NSI45系列10款雙端線(xiàn)性恒流穩壓器已于2009年5月推出，這些器件提供±10%及±15%的穩態(tài)穩流(Ireg)容限，額定電壓為45 V，工作溫度范圍-40℃至85℃，最高結溫度為150℃，提供20 mA、 25 mA及30 mA器件等不同選擇，采用SOD-123及SOT223封裝，目標市場(chǎng)包括汽車(chē)應用中的內部及外部LED照明，商業(yè)標識應用中的氖燈替代、交通信號等及顯示屏背光，建筑物及通用照明應用中的平板交流照明、工作燈及裝飾燈、景觀(guān)及室外照明等。

　　安森美半導體服務(wù)的上述多個(gè)應用市場(chǎng)都會(huì )涉及LED照明/背光。而安森美半導體使用寬廣范圍的技術(shù)，為廣泛的LED照明應用提供解決方案，發(fā)揮高能效電源方案的核心優(yōu)勢。安森美半導體針對低電流LED照明應用推出的新的簡(jiǎn)單、經(jīng)濟及強固的線(xiàn)性恒流穩壓器解決方案，拓寬了安森美半導體已有的包括開(kāi)關(guān)穩壓器及普通線(xiàn)性穩壓器的LED驅動(dòng)器產(chǎn)品陣容，非常適合于汽車(chē)內部/外部照明、商業(yè)標識牌及建筑物L(fēng)ED照明應用需求。