基于一種中等電壓LED照明的驅動器設計方案

許多中等電壓LED應用都是采用離線AC-DC電源、電池或有低電壓AC輸出的電子變壓器供電。但一些這樣的電源，如鉛酸蓄電池，只經過了簡單的穩壓。因此，需要有一個可以在寬輸入電壓范圍工作，并可以用各種拓撲結構配置的LED驅動器解決方案，以支持LED負載要求。根據LED的電流和工作條件，可以采用線性或開關穩壓器LED驅動器解決方案。安森美半導體為中等電壓LED應用提供多種拓撲結構的解決方案，可滿足景觀照明、低壓軌道燈、太陽能供電照明、汽車照明、緊急車輛照明、船舶照明、12 Vac/Vdc MR16燈、飛機內飾照明、標志背光、廣告牌文字電路和標志等各種通用照明需求。

中等電壓LED通用拓撲結構及電源

中等電壓LED照明應用需要優化的驅動器方案。安森美半導體提供電感型、電荷泵型、線性三種不同拓撲結構的中等電壓LED驅動器方案，可滿足用戶不同的應用需求，見圖1。

圖1：LED景觀照明示例

圖2：三種拓撲結構示例

中等電壓LED應用的電源有幾種，各有其主要用途。其中，離線AC穩壓適配器，常見電壓為12、24、36、48 Vdc，穩壓精度達±5%，適合安全要求不高的低到中等功率的應用。密封鉛酸蓄電池，只經過簡單的穩壓，8至14 Vdc，廣泛用于汽車照明；7-27 Vdc，用于汽車、太陽能、船舶照明。12 Vdc及12 Vac電源，常見于室內照明、軌道燈、戶外照明、景觀照明等。

1)線性LED驅動器解決方案

線性解決方案是許多照明應用的首選方法，因為其設計既簡單，又直觀，并允許用精密穩流的電流驅動LED，而不必考慮LED正向電壓或輸入電源如何變化。

因為這類LED驅動器是線性的，必須匹配應用的功耗要求。安森美半導體提供電流從10 mA直至1 A的各種恒流線性LED驅動器。通道輸出電流為10至50 mA的有NSI50010Y、NSI45020JZ、NSI45020、NSI45020A、NSI45025、NSI45025A、NSI45025AZ、NSI45025Z、NSI45030、NSI45030A、NSI45030AZ、NSI45030Z、NSIC2020B、NSIC2030B、NSIC2050B和NCV7680；60至350 mA的有NSI45060JD、NUD4011、NSI45090JD和CAT4104；還有更大通道輸出電流的NUD4001(500 mA)和CAT4101(1000 mA)。

圖3：NSI45應用電路

以線性恒流穩流器NSI45系列為例，這是雙端或三端線性恒流穩流器，基于安森美半導體正待批專利的自偏置晶體管技術，非常適合不同輸入電壓的廣泛LED應用，如驅動建筑物、汽車及工業標識牌LED照明應用中的電流。它可以在寬輸入電壓范圍工作，為工程師提供適合他們應用的簡單、高性價比穩流方案，且不會犧牲性能。該恒流穩流器系列可在寬范圍內穩流，確保工作電壓范圍內的恒定亮度，且具有負溫度系數特性，在極端的電壓和工作溫度下保護LED免受熱失控(thermal runaway)影響。

NSI45的另一個典型應用是用作顯示屏和廣告牌文字電路的恒流穩流器線性LED驅動器。其特點包括低啟動電壓，無論正向電壓（Vf）如何變化都可以實現精密穩流，具有負溫度系數特性，可以保護LED。

圖4：NSI45顯示屏和廣告牌文字電路應用示例

2) LED MR16燈泡解決方案

NCL30100是一款降壓LED驅動器控制器，具有高能效、峰值電流控制自適應固定關閉時間，可用于空間及高能效至關重要的低功率及空間受限的應用。該方案具有振蕩頻率可調節特性，采用連續導電模式(CCM)，可以省去輸出電容，能效高達95%，并提供自然的LED開路保護。

該驅動器控制器開關頻率高達700kHz，不需要輸出電容，Vcc工作范圍從6.35至18 V，可驅動一個或多個大功率LED，主要用在MR16 LED照明、環境燈照明、太陽能LED、交通照明、室外照明和LED光條等應用。采用NCL30100的PCB非常小巧，可以裝入MR16燈的燈座內。NCL30160的遲滯控制特性可在負載瞬期間提供快速的響應，無需小型信號控制環路補償元件。保護特性包括可利用電阻設定LED電流、LED短路保護、欠壓鎖定及熱關閉。

使用NCL30100可利用負電流感測，用小型電感降低功率損耗，實現低成本、高能效及元件數量少的應用。該器件采用低側N-FET開關拓撲結構，以及連續導通模式操作，無需輸出電容。因此，采用安森美半導體提供的評估板NCL30100ADLMGEVB和NCL30100ASLDGEVB可以將電路放進MR16燈座內，后者還可以實現PWM調光。

圖5：NCL30100 LED驅動器控制器電路

圖6：NCL30100評估板

另外，對于3至4個LED模塊的12 V AC-DC設計，可以使用安森美半導體為NCP3065提供的評估板NCP3065BBGEVB。它可以用來驅動12 Vac/Vdc應用中的夏普ZENIGATA、Cree XLampMC-E及其他LED模塊。由于模塊正向電壓與輸入電壓范圍重疊，因此只使用一個開關降壓-升壓型配置。其特點是小尺寸、寬輸入和輸出工作電壓，輸出電流經過穩流，還具有LED開路保護、輸出短路保護能力。該解決方案適用于MR16燈泡、景觀照明、交通照明等。

圖7：降壓-升壓MR16燈用LED及參考設計演示板

3)太陽能供電LED路牌解決方案

NCL30160是一款用于大功率LED的開關穩壓器，采用基于NCL30051的電源所提供的恒定電壓去降低電壓，從而為LED串提供恒定電流。通過利用僅30 mΩ的低導通阻抗內部MOSFET及以100%占空比工作的能力，能夠提供能效高達98%的方案。

該器件以6.3V至40V的輸入電壓范圍工作，開關頻率高達1.4 MHz，是工業及汽車應用的極佳方案。高開關頻率使設計人員可采用更小的外部元件，幫助將電路板尺寸減至最小及成本降至最低。NCL30160包含遲滯控制特性，在負載瞬態期間提供快速的響應，無需小型信號控制環路補償元件。保護特性包括可利用電阻設定LED電流、LED短路保護、欠壓鎖定及熱關閉。此外還有專用PWM調光引腳/低功耗關閉功能。

NCL30051與NCP30160IC在一起搭配工作，可以最少的外部元件簡化電源電路設計。這種架構使芯片組能夠集成在更緊湊及更高性價比的LED照明電源中，用于戶外照明(如LED路牌、街燈、停車場燈)等通用照明應用。

圖8：太陽能供電LED路牌及驅動方案

推動LED替代白熾燈進程

根據國家發改委等部門聯合印發的《關于逐步禁止進口和銷售普通照明白熾燈的公告》，安森美半導體利用電源管理、高能效電源及封裝方面的核心專長及優勢，開發的針對不同應用領域的專用LED驅動器，以及符合或超越世界各地的規范要求的固態照明方案，為實現照明革命提供了豐富的選擇，并將在這一進程中起到積極推動的作用。
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