淺談恩智浦LED驅(qū)動IC SSL2101性能及應(yīng)用電路

LED在電子系統(tǒng)中使用已經(jīng)有很多年了，主要用作電子設(shè)備的指示燈。推動LED照明市場發(fā)展的關(guān)鍵推動力是高亮度LED和智能LED控制器的出現(xiàn)。采用高亮度LED的產(chǎn)品設(shè)計師面臨的主要設(shè)計挑戰(zhàn)包括散熱管理、驅(qū)動方案、拓?fù)浼軜?gòu)和已有的基礎(chǔ)設(shè)施。要替代現(xiàn)有的可調(diào)光白熾燈或鹵素?zé)艄庠矗仨殞崿F(xiàn)這樣的一個電子燈驅(qū)動系統(tǒng)，它不僅可以與現(xiàn)有的調(diào)光開關(guān)一起工作，而且可復(fù)制現(xiàn)有光源的調(diào)光性能。

NXP(恩智浦)SSL2101IC可以滿足上述性能要求。此外，它還是一種高效的電源轉(zhuǎn)換器。這是業(yè)內(nèi)第一款集成這些能力的IC,它使得高亮度LED燈設(shè)計師能夠以一種省成本和體積的方式集成電子電路，并從最佳熱權(quán)衡中獲益。

NXPSSL2101介紹

現(xiàn)有的LED路燈和家庭普通LED照明解決方案基本上都分為兩個部分，一部分是將220V市電轉(zhuǎn)換到24V或48V的AC-DC電源適配器，另一部分是對LED提供驅(qū)動電流的LED升壓控制器。這一分立解決方案不僅所需元器件多，而且要占用相當(dāng)大的空間。為了解決這些缺點，NXP開發(fā)出了集成單芯片解決方案SSL2101.它也是世界首款集成可調(diào)光市電LED驅(qū)動器。

恩智浦SSL2101是一款小尺寸開關(guān)模式電源(SMPS)控制器IC,專為驅(qū)動LED設(shè)備而設(shè)計，并且提供可調(diào)光能力，以進一步改善LED照明的能效。

SSL2101可以驅(qū)動各種具有不同電源要求的照明系統(tǒng)，包括LED改良型燈具、LED模塊、LED聚光燈、射燈以及用于商店展示的LED燈串。

SSL2101具有的可調(diào)光能力為照明系統(tǒng)設(shè)計師設(shè)計更高能效的系統(tǒng)提供了不可多得的機會。這款高成本效益比器件具有高集成度，電子組件總數(shù)量少，電路板空間保持最小，同時使設(shè)計師能充分利用LED可調(diào)光特性的優(yōu)勢。

NXPSSL210X框圖介紹

●集成了高壓MOSFET,利于減少布板空間

●集成了調(diào)光電路，利于減少布板空間并且參數(shù)調(diào)整靈活

SSL2101與當(dāng)今照明基礎(chǔ)設(shè)施完全兼容，可以直接采用整流市電電源并結(jié)合相位調(diào)光器工作。SSL2101含有高壓電源開關(guān)，可以直接從整流市電電壓啟動，因而無需外部啟動電路。為支持調(diào)光能力，SSL2101包含兩個集成高壓開關(guān)用于分壓器操作，以及一個輸入，用于感應(yīng)實時燈具功率，并在需要時激活附加分壓器工作。

SSL2101還能在一塊芯片上提供非隔離(降壓)與隔離(回掃)解決方案。它有一個附加輸入，可以用來檢測電感組件的退磁，確保磁性材料得到充分利用，防止電流硬開關(guān)。該器件的內(nèi)置電路可以用來降低電容性接通損耗，優(yōu)化谷底開關(guān)效率，使SSL2101在低功率水平時能進行高效功率轉(zhuǎn)換。SSL2101使用接通時間模式和頻率模式來控制LED亮度。頻率變化控制與接通時間控制二者相結(jié)合，產(chǎn)生與白熾燈相似的調(diào)光曲線。兩種控制方法的使用還使設(shè)計師能降低峰值電流，幫助減小變壓器或電感器的聲頻噪聲。

這款I(lǐng)C透過散熱增強封裝和內(nèi)置過熱保護功能(OTP)提供可靠且安全的散熱解決方案。它還具有短繞組保護(SWP)和過流保護(OTP)功能，符合有關(guān)安全與功率因子的法規(guī)要求。

NXPSSL2101主要功能特點

SSL2101是一個采用SO16封裝的多芯片模組(MCM)，它包含一個高效率的電源轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部電路來實現(xiàn)市電調(diào)光兼容性，與現(xiàn)有解決方案相比，它具有以下優(yōu)點：

◆集成電源開關(guān)：這可減小元器件成本，并確保最優(yōu)的驅(qū)動和開關(guān)保護。

◆谷值檢測：這一特性可降低轉(zhuǎn)換器損失，因為開關(guān)可在最佳的時間點閉合。

◆集成bleeder開關(guān)和比較器：這可減少元器件數(shù)量和尺寸。

◆智能bleeder操作：SSL2101可檢測到何時不需要bleeder操作(如LED鏈提供足夠的負(fù)載)，這可減少功耗和增加系統(tǒng)效率。

◆增強的散熱引腳設(shè)計：這可增加SSL2101的壽命，并允許它在更高的環(huán)境溫度下正常工作。對于替代解決方案，電子器件在更高溫度下的壽命是一個關(guān)鍵的參數(shù)。

◆基于占空比和轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率的調(diào)光：這允許設(shè)計師有更大的自由度去定義參數(shù)值，這使得設(shè)計師可以通過調(diào)節(jié)控制調(diào)光系統(tǒng)的參數(shù)，實現(xiàn)更精確的低亮度調(diào)光，以及消除音頻變壓器噪聲。

◆對數(shù)調(diào)光校正：這使得LED的調(diào)光行為可以與白熾燈或鹵素?zé)粢荒Ｒ粯印?/p>

◆內(nèi)建的過熱保護、過流保護、短路檢測和最大占空比限制：這些特性確保了SSL2101的高可靠性，即便在極端工作條件下也是一樣。

LED特性

LED需要一個與白熾燈或鹵素?zé)敉耆煌愋偷尿?qū)動器。白熾燈表現(xiàn)為具備自穩(wěn)定特性的純電阻負(fù)載，LED則需要一個電流源。LED產(chǎn)生的光通量近似正比于流經(jīng)該器件的電流。LED的正向電壓隨電流增加而增加，但隨溫度的上升而減少。在這方面，LED表現(xiàn)得象二極管。不過，在工作期間LED的正向電壓(VF)是很大的。該電壓與電子轉(zhuǎn)化為光子時產(chǎn)生的能量(eV)相關(guān)，該能量又直接相關(guān)于光的顏色。此外，不同生產(chǎn)批次之間的VF值可以相差很大。

串行/并行配置

在大多數(shù)用LED替代現(xiàn)有光源的應(yīng)用中，需要連接多個LED到驅(qū)動器上，因為單一的LED不能產(chǎn)生足夠的光通量。LED可以采用串行或并行連接。如果LED采用串行連接，LED鏈上的總電壓等于正向電壓的總和(所有LED上的電流相等)。如果LED并行連接，電流將分配到各支路中。不過，由于一個LED的正向電壓會隨著溫度上升而下降，因此這一配置本質(zhì)上是不穩(wěn)定的。隨著溫度的升高，越來越多的電流將流到具有更低正向電壓的支路上去，這些支路將變得更亮，而那些具有更高正向電壓的支路將變得更暗。

不過，采用并聯(lián)配置(或串并聯(lián)組合)的一個原因是，它允許大量的LED以一個安全的電源電壓結(jié)合在一起，而如果要采用串行連接來達到相同的亮度，可能需要一個高得令人無法接受的電壓。

并行配置還提供了其他優(yōu)勢，如果一個串行連接的LED鏈上一個LED或連接出現(xiàn)問題，那么將導(dǎo)致斷路，整條鏈上的所有LED都將不發(fā)光。但如采用并聯(lián)配置的話，這情況將不可能發(fā)生。采用并聯(lián)配置時，建議每條支路都增加電流調(diào)節(jié)機制，以防止熱失控和電流或光的不相等。

總而言之，當(dāng)輸出和輸入電壓差最小時，電源轉(zhuǎn)換器的效率最高。當(dāng)采用市電輸入的LED驅(qū)動器時，允許產(chǎn)生更高的輸出電壓，從而允許串行連接更多的LED。

市電調(diào)光

標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)和家用調(diào)光器設(shè)計用于白熾燈，一些較先進的型號可與連接到鹵素?zé)舻淖儔浩饕黄鹗褂?。目前專門針對LED負(fù)載的市電調(diào)光器仍然很罕見。

購買和安裝一個新的專用調(diào)光器的成本可以很容易就超過光源本身，因此一個可與現(xiàn)有調(diào)光基礎(chǔ)設(shè)施一起工作的LED照明系統(tǒng)(如基于恩智浦SSL2101構(gòu)建的系統(tǒng))，將打開這個具有龐大潛力和空間市場的大門。

由于現(xiàn)有的調(diào)光器被設(shè)計用于白熾燈(近似電阻負(fù)載，功率大多在20W和50W之間)，因此需要一些額外的電路才能允許它們用于LED照明系統(tǒng)。目前市場上還沒有白熾燈調(diào)光器標(biāo)準(zhǔn)，因此目前市場上有大量不同性能和參數(shù)值的市電調(diào)光器。

NXPSSL2101DEMO介紹

目前我們應(yīng)用該調(diào)光IC已制作完成LED調(diào)光球泡燈DEMO,同時配合使用三星2瓦LED光源(2瓦LED光通量達到150LM)，它能利用現(xiàn)有的調(diào)光系統(tǒng)，對LED球泡燈實現(xiàn)0%-100%范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)，效率達到70%以上。該電源驅(qū)動三顆2瓦三星LED,總功率達6瓦(輸入電壓：220V,輸出：0.18A/30V)。

NXPSSL2101加速壽命測試超過7,000小時

SSL2101正通過一項業(yè)內(nèi)運行時間最長的加速壽命測試，測試自2008年12月開始，以零故障運行。截至目前，該測試運行時間已達7,000小時并仍在繼續(xù)進行。半導(dǎo)體行業(yè)的傳統(tǒng)壽命測試程序通常以1,000小時測試時間為基準(zhǔn)，此次測試遠遠超出了這一標(biāo)準(zhǔn)。

測試人員從標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的產(chǎn)品中隨機抽取一批SSL2101IC驅(qū)動器在高應(yīng)力條件下進行測試，全部測試樣品在150°C的IC結(jié)點溫度下運行超過7,000小時之后仍保持了完整的功能性。測試過程中采取多項測試與不同設(shè)置來檢測在若干使用情況下的所有可能失效模式，其中包括持續(xù)開啟、開/關(guān)切換循環(huán)以及各種使用組合。根據(jù)壽命加速模型，SSL2101在真實照明應(yīng)用中的推斷壽命估計如下：

●105°C條件下，壽命超過6萬小時

●115°C條件下，壽命超過3.5萬小時

●125°C條件下，壽命超過2萬小時

●150°C條件下，壽命超過7,000小時

NXPSSL2102介紹

它是最新LED集成市電調(diào)光驅(qū)動器IC,能支持25W最大功率，其深度調(diào)光能力可低至全光照強度的1%,并兼容多種調(diào)光器。尺寸小巧、高度集成、高能效的LED驅(qū)動器IC是小型密封LED照明燈具應(yīng)用的理想選擇。

SSL2102適用于高能效和高功率因數(shù)LED照明燈具應(yīng)用，其中包括：8W到15W的緊湊型應(yīng)用;15W到25W的LED模塊，應(yīng)用于諸如LED聚光燈和筒燈;以及最大功率達25W的商場專柜展示用LED燈串。

SSL2102的主要特點包括：

◆通過內(nèi)置對數(shù)調(diào)光曲線實現(xiàn)視覺自然調(diào)光

◆支持市場上大部分調(diào)光器(例如可控硅型、晶體管型)

◆集成度高，所需的外部元件很少

◆支持隔離和非隔離架構(gòu)的開關(guān)電源設(shè)計

◆擁有增強散熱功能的SO20寬體封裝

◆最佳能效谷底開關(guān)檢測

◆內(nèi)置解磁檢測

◆內(nèi)置過熱保護功能(OTP)

◆支持從整流市電電壓啟動作為一款集成調(diào)光控制器及開關(guān)電源模塊的LED驅(qū)動器IC,SSL2102與SSL2101功能相同，但支持功率更高，使客戶能夠?qū)⒁环N設(shè)計應(yīng)用于功率額定范圍更廣的多種不同最終產(chǎn)品。

NXPSSL210X典型應(yīng)用

NXPSSL210X次級邊恒流IC應(yīng)用

●客戶希望電流精度較高的可以采用專門恒流IC

●恒流ICRT8456專門應(yīng)用于LED恒流驅(qū)動

●恒流IC放置次級邊，不做二次DC/DC轉(zhuǎn)換，提高效能.