行業(yè)人士分享LED照明驅動設計中難題的解決思路

成本、效率、閃爍以及可靠性都是LED照明燈具開發(fā)者需要考慮的問題。MPS專家在本文中探討了上述幾個要素的解決策略，例如解決攝像機里面的LED燈閃爍、調光調不下去和啟動不良的解決、通過軟開關控制實現(xiàn)高效率以及省去金線、減小封裝從而降低成本的思路。

數(shù)字電路和功率器件有它自己的工藝，把所有DC-DC驅動做到一個晶圓上。這有什么不好的地方?兩個東西連接中間一定有引線等。電能的趨勢是高頻大電流，這就需要寄生參數(shù)非常小。假如有引線的話，如果頻率高，寄生電流大了以后會帶來電壓的振蕩等。如果往大電流走，阻抗偏高，整個損耗就會增加。 MPSBCDFast工藝能夠支撐高頻化、電流化，而且MPS的產(chǎn)品也可以做得比競爭對手小很多。MPS第一代產(chǎn)品已經(jīng)比競爭對手的小，只有競爭對手 1/4大，這樣成本可以更低。

省去金線、減小封裝從而降低成本

IC內部大部分是用金線來連接，國內也有銅線。高頻化、大電流的趨勢下會帶來金線成本上升。流過更大的電流，IC需要更粗的金線，勢必會帶來成本的上升。MPS的封裝是用銅鑄的方式跟底下的焊腳連在一起，銅鑄的整個阻抗比金線要小很多;在散熱方面，金線連接的IC要加很多散熱片，但是這種封裝每個引腳都可以當成散熱源，簡單講可以通過PCB的面積來散熱。這樣IC熱阻會比較小，同樣封裝可以做得小。封裝越小越便宜，成本可以降低。

LED照明無非兩種：一種是直流輸入、一種是交流輸入。首先先講一下DC-DC方面?，F(xiàn)在有些PAR燈用的不是純粹的直流，用的是電子變壓器。假設電子變壓器是一個高頻AC12V，甚至一些大功率的燈，比如30W、40W。當換成LED之后有什么問題?它的荷載變輕很多之后，有一段時間會停振。如果用降壓IC做，假設擺3顆燈10V。如果用降壓來做，要加很大，才能穩(wěn)定住電壓，比如12V。如果電壓跌到9V，可能就不行了。如果電流放很大會有什么問題?啟動的時候電子變壓器是各種各樣的，可是有很多沒有帶限流保護。如果電流很大，一啟動就會燒掉電子變壓器。所以降壓的時候，在MRS16上有時不是很好用。MPS有什么樣的方案可以做呢?首先是MP2481，這是針對350毫安，1W，有3、4顆燈串聯(lián)的。這是1.4M高頻的IC，頻率越高，電感電流可以用很小。這可以用升壓的方式、降壓的方式、升降壓三種方式來做。剛才講到電子變壓器，12V，可是鎮(zhèn)流鎮(zhèn)出來范圍很大，最低電壓可以到4.5V左右，相比較而言電流可以用相對較小的來處理。整個外圍元器件非常簡單，沒有二極管，所有的保護有開路的，有短路的。這個是業(yè)內不多的一顆就能夠提供升降壓的IC。

車載車燈用的是鉛酸電池是12V?？墒擒囕d在搭載點火的時候，電壓跳動很厲害，有時候會跳到20幾伏，甚至30幾伏，這就需要一個高壓IC來做，另外也能低到9V、8V。如果有客戶想做車載車燈等，MP2483是一個選擇，另外也可以提供車載認證。因為高壓技術，做直流高壓，標準的工藝能夠做到30V左右?？墒窃偻邏?，并沒有這個可能。

如何解決攝像機里面的LED燈閃爍

現(xiàn)在一般路燈的方案三級方案比較多，首先進來是PFC，輸出DC電壓，然后有很多不同功率的需求，每一個都需要一個恒流。像這種情況下，500毫安、350毫安可以做到97%，接近98%的效率，非常高，這是業(yè)內很難做到的。所以MP4688適合做700毫安、350毫安的路燈。另外有一些客戶，以T8燈管為例，需要PFC、需要隔離。因為用單級PFC做出來的輸入紋波，如果拿122HZ高清的攝像機去拍，畫面上燈會閃爍。這種閃爍如果出現(xiàn)在拍電影現(xiàn)場，這是不太好的現(xiàn)象。這時候怎么做？前級還是PFC配合一個高壓的DC-DC。這種DC-DC頻率很高，很容易把100HZ的頻率給濾掉，所以在LED燈端看不到固定的紋波。

MP4689跟上文提到的MP4688能夠支撐100V耐壓的DC-DC。還有MP2489，60V，2mm×2mm非常小。這也是一個高壓的，電路非常簡單，因為是自環(huán)控制的，所以只有一個檢測電阻、二極管、電感，適合用于比較緊湊的、做的非常小的燈。

AC-DC輸入現(xiàn)在做得很多，特別是日本做白熾燈替換計劃，現(xiàn)在政府補貼做LED警報燈等等。AC-DC分兩種，一種是隔離的，一種是非隔離的。非隔離的成本相對是低的?，F(xiàn)在除日本，國內有一些客戶在大規(guī)模做非隔離的。

軟開關控制的LED驅動IC提供高效率方案

還有做調光的。首先看一看MP4000，1-30W非隔離的LED驅動。非隔離的電路比較簡單，不需要變壓器。MP4000也是唯一一個做軟開關的 IC。什么叫軟開關?大家知道一個電源的效率高低取決于損耗。損耗是哪里來?兩方面，一是導通損耗，二是開關電源有開關損耗，包括驅動損耗。這里面跟什么有關系?跟頻率有關系。一般的開關損耗是電流和電壓的積分。傳統(tǒng)的做法是硬開關，開關損耗相對比較大。因為電壓下來，電流上去時有交叉的部分。這是一個軟開關的IC，是怎么實現(xiàn)的呢?大家知道臨界導通模式，通過電驅動端，臨界導入的時候會發(fā)現(xiàn)電壓突變，所以檢測到電流倒流，這是零電流開通的模式。零電流能夠帶來效率，比如做到90%的效率跟競爭對手相比，能節(jié)省開關損耗和導通損耗。另外二級管部分，如果是CCM硬開關，就需要很快的反向恢復，可是 MP4000這種模式就不需要。

日本的電壓是100VAC。MP4005很簡單。一個是190V，一個是220V，阻抗是4.85Ω。控制方式也是軟開關的技術，所以能夠提供很好的效率，外圍器件非常的簡單。這是針對美國和日本市場的非隔離驅動。AC-DC電阻損耗較大。MP4001的 SmartLDO直接供電給IC。只有電壓在15-30V的區(qū)間才可以充電，其它是阻斷的，充電時間非常短。所以SmartLDO能夠提供損耗非常小的方案。如果做3W、5W的用MP4001可以提供非常高的效率。

非隔離不需要PFC，特別是針對低功率應用?？墒钱旈_發(fā)8W以上功率的 LED驅動，就需要提供PFC。MP4020/4021系列是一個SingleStagePFC隔離方案。跟傳統(tǒng)的對比來講，成本上可以省掉很多，還有很高的PFC值，另外它也是一個臨界導通模式，導通時損耗會比較小。

調光調不下去和啟動不良如何解決

假如導通角被切掉很多的時候，啟動往往會是一個問題，對于IC來講，因為電壓很低，調光調不下去或者會有閃爍。MP4030提供了很好的解決方案。調光調不下去很多原因是因為LED發(fā)生了變化。假如電流原來是350毫安，現(xiàn)在調到100毫安以下，人眼不太看得出來有變化，這是LED的指數(shù)效應。比如導通角是50%，電流就是50%；導通角只有20%，電流就是20%。假設切掉80%，還剩20%，其實肉眼看上去好像沒什么變化，如果去測電流，電流是在變化，可是人肉眼識別不出來。針對MP4030，在導通角比較大的時候，電流跟導通角的變化斜率變大，導通角變小時電流變化更快，這樣可以明顯看到有調光效果，這是很重要的一個改變。另外這個IC其實就不需要維持電流，不需要在IC側加任何東西，不需要加電流，不需要加電阻，損耗也非常小。

剛才講到啟動問題，假如導通角很小的時候，電壓很低。假如直接從上面取電啟動，可能啟動會有問題?；蛘邌臃浅Ｂ?。如果啟動一個燈，可能要10分鐘才亮。MPS方案在導通角即使很小的時候，啟動不會有問題，所以解決了很多問題，包括啟動和閃爍。閃爍問題，很多是因為調光不理想，沒有維持電流，所以 MP4030是一個非常好的方案。