安森美NCPIOlx系列開關電源LED驅動電路設計

1 引言

超高亮度發光二極管（LED）的發展比人們先前的預計要更加迅猛。十幾年前，發光強度達到或超過100坎德拉（cd）的LED被定義為超高亮度LED，而目前的水平早已突破1300 cd。幾年前，LED的工作電流僅為10 mA~30 mA，發光效率僅為101 m~201 m/W，功率僅為幾毫瓦或幾十毫瓦（mW）。Lu-mileds照明公司的超高亮度LED（被稱作LuxeonLED、Luxeon發射器和Luxeon Star）早已投放市場，其工作電流達200 mA～700 mA，功率達0.7 W~5W，發光效率高于25 lm/W，綠光、紅光和深藍色350mA LED的光通量達25 lm~30 lm。工作電流達l A乃至大于l A的LED很快就會投放市場。白色LED的發光效率已突破40 lm/W，遠優于白熾燈，僅次于熒光燈。目前正在研制發光效率不只鎖定在100 lm/W～120 lm/W，而是更高的LED。美國能源部資助由加州大學圣巴巴拉分校和壬色列學院照明中心承擔的半導體照明項目，發光效率鎖定在200 lm/W，遠高于熒光燈、高壓鈉燈及金鹵燈。該研發項目的目標旨在替代所有傳統電光源。業界普遍認為，LED的發展將給照明領域帶來一場革命。超高亮度LED是2l世紀最具有競爭力的固態光源。超高亮度LED的應用領域除大屏幕顯示、汽車和交通燈等外。大約再過十余年將會取代自熾燈、鹵鎢燈和熒光燈。

2 大電流LED的離線驅動方案

在汽車中應用時超高亮度大電流LED可以利用汽車直流電源供電。若大電流LED用于景觀照明、樹木和草坪照明以及轎車停車場、交通安全島信號燈、大屏幕顯示背光源等場合時，宜采用220V（或110 V）的工頻市電供電。

驅動超高亮度Luxeon LED的最簡單方案是采用圖l所示的橋式整流電容器濾波電路。電源降壓變壓器次邊輸出為14Vac（Vin），橋式整流濾波電路輸出電壓VDC=1.2Vin。LXHL-MWlD型Luxeon LED的正向工作電流ILED=350 mA，正向壓降（@350 mA）VLED=3.5 V。

限流電阻器Rl的阻值為

可選擇R1=20 Ω。當AC線路波動范圍為±10%時，通過LED的電流變化率大于±25%。圖l所示的LED供電電路雖然雖然簡單，但電流調節性能差，并且在高AC線路下電壓起伏時易損壞LED。圖2所示為采用線性穩壓器的Luxeon驅動電路。2只LXHL-MWlD型LED串聯用于景物照明。

MC7809型三端穩壓器輸出電壓Vout=9V，電阻器Rl的阻值為

圖2所示的LED供電電路具有優良的電流調整性能（通常為±5%），但功率損耗較大，系統效率很低。

另外一種驅動方方案是基于控制電路（如NCPl200等）的回掃式開關電源拓撲配置。開關調整器電路要復雜一些，但可以獲得優異的恒流特性，效率高達80%，雖然這種方案也用變壓器，但因其在高頻下工作，故尺寸和重量均比工頻電流降壓變壓器要小得多和輕得多。

3 Luxeon Star LED驅動電路

3.1 NCPl01x的主要特點

安森美半導體最近推出了NCPIOlx系列低待機功率離線開關電源自供電單片轉換開關，集成了一個固定頻率電流模式控制器和一個700 V的功率MOSFET。這種轉換開關不僅可用于充電器低功率AC/DC適配器的UBS、TV等輔助電源，還可以用于驅動Luxeon Star LED。NCP101x系列轉換開關的主要特點如下：

●內部700 V的MOSFET導通電阻RDS（on）為l1/22 Ω;

●電流模式固定頻率工作（65 kHz/100 kHz/130kHz）;

●在低峰值電流下跳越周期消除了聲頻噪聲;

●動態自供電（DSS），無需偏置繞組;

●內部l ms的軟啟動;

●頻率抖動改善了EMI性能;

●如果使用輔助繞阻，則停止DDS工作，待機功率低于100 mW;

●內置過電壓保護（OVP）電路;

●內置自校復輸出短路保護電路;

●門限溫度為150℃（帶50℃滯后）的過溫度關斷保護;

●反饋回路連接光耦合器。

3.2 引腳功能及主要參數

NCPl01x系列電路采用7引腳PDIP封裝、7引腳PDIP（鷗翼型）封裝和4引腳SOT-23封裝，引腳排列如圖3所示。

NCPl0Ix系列轉換開關的引腳功能如下：Vcc為內部電路供電，外部連接1只10 μF電容器，電容器的紋波參與頻率抖動。該腳可連接輔助電源以改善待機性能，同時在反饋回路出現故障時，該腳還提供有源關斷保護;GND為地;NC腳不連接;FB腳為反饋信號輸入;Drain為內部MOSFET的漏極。

NCPIOIx系列電路有5種型號：NCP1010、NCPl011、NCP1012、NCPl013和NCPl014。表1所列參數為用戶提供快速選擇。

對于給定的NCP101x，其最大輸出功率與AC線路輸入電壓和Vcc供電方式有關。表2所列為NCPl014在不同條件下的最大輸出功率。

3.3 應用電路實例

3.3.1 Luxeon LED陣列驅動電路

基于NCPl012的回掃變換器驅動Luxeon LED陣列的實際電路如圖4所示。每個LED均為LXHL-MWlD，其正向工作電流為350 mA，正向壓降（@350mA）為3.5 V?；貟呤介_關電源的輸出DC電壓為17.5 V，輸出功率為6.125 W，效率接近80%。NCPl012采用動態自供電（DSS），Vcc無需偏置繞組和外部啟動電阻器。開關電源輸出高度穩定的電壓和電流，各項性能指標優于線性穩壓器電路。

3.3.2 Luxeon Star LED驅動電路

NCP101x系列轉換開關可用于驅動1 W、3 W和5W等Luxeon Sta LED，具體選擇如表3所列。

圖5所示為由NCP1013和Luxeon V Star LED組成的閃光燈電路。Luxeon V Sta LED可用作警燈、應急燈和信標燈等。

AC線路電壓經D1、D2和Cl半波整流及濾波，為AC-DC變換器初級側提供DC總線電壓。為獲得閃爍功能，未用電路次級到初級的反饋回路。引腳FB上的1 nF陶瓷電容器C3用作旁路高頻噪聲。并聯在T1初級側上的ZDl和D3組成器件內部MOSFET漏極箝位電路。

圖6所示為NCPl013的動態自供電電路。在系統加電后，高壓啟動電流源（8m A）對引腳Vcc上的電容器CVcc充電。當Vcc腳上的電壓達到8.5 V的門限電平時，內部電流源關斷，MOSFET被喚醒和激活。Vcc電容器上產生幅度為1 V（8.5 V-7.5V）的紋波，如圖7所示。

LED閃爍是借助于圖8所示的內部短路檢測電路實現的，該電路監視內部誤差標志信號。如果誤差信號為低態（峰值電流限制未被激活），則電路正常工作，一旦誤差信號激活，則電路立刻停止輸出脈沖，并且不允許啟動電流源。在此情況下，Vcc下降，直至達到關斷電平（4.7 V），而后開始重新啟動。LED的閃爍周期由引腳Vcc上的電容器CVcc（即圖5中的C2）容值確定。占空因數固定并由電路內部的電流消耗確定。

4 結束語

基于NCP101x系列轉換開關的反激式變換器是大電流LED離線供電電源比較理想的解決方案。與線性穩壓器方案比較，開關調整器驅動方案的AC線路電壓輸入范圍寬（85 V~265 V）、效率高（約80%），并且具有過載、短路和過熱保護功能，而且電路成本增加很少甚至沒有增加。