分析通用市場(chǎng)中的高亮度LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用技術(shù)

目前，最常見的白光LED是通過在藍(lán)色的發(fā)光二極管上面涂上黃磷制成的。此外，還可以將紅、綠、藍(lán)三種光互相調(diào)配做成白色LED。LED的發(fā)展非常迅速，現(xiàn)在100L/W到120L/W的白光LED已經(jīng)可以大量生產(chǎn)了。

但是，LED驅(qū)動(dòng)的發(fā)展也存在著很大的挑戰(zhàn)，由于LED本身就是線性元件，因此目前主要面臨的問題是：第一，正向電壓隨著電流和溫度的變化而變化；第二，不同器件的正向電壓會(huì)有差異；第三，"色點(diǎn)"會(huì)隨著電流和溫度的變化而漂移；第四，LED必須在規(guī)范要求的范圍內(nèi)工作，從而實(shí)現(xiàn)可靠工作。

圖1中展示的是LED驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)，最左側(cè)為輸入部分，驅(qū)動(dòng)器中有兩個(gè)重要的部分：一個(gè)是電源轉(zhuǎn)換，包括非隔離型和隔離型兩種；另一個(gè)是驅(qū)動(dòng)器，它將輸入電壓轉(zhuǎn)換成恒流來驅(qū)動(dòng)LED。驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在工作條件范圍內(nèi)限制電流，無論輸入條件和正向電壓如何變化。除了限流之外，在制作驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的時(shí)候，我們也要考慮它的效率、成本、尺寸等諸多因素。在效率方面，因?yàn)槿说囊曈X系統(tǒng)會(huì)濾除電流紋波，所以如果開關(guān)頻率達(dá)到100Hz至150 Hz，驅(qū)動(dòng)器的"恒定"電流就不需要為直流電平，而是可以采用非線性電流來驅(qū)動(dòng)LED。這樣，不但可以提高效率，還可以簡(jiǎn)化電路。

圖1：LED驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)

離線應(yīng)用

典型的離線應(yīng)用包括電子鎮(zhèn)流器、熒光燈代替品、交通信號(hào)燈、LED燈泡、街道和停車照明、建筑物照明、標(biāo)志等。

圖2是安森美公司NCP1014/28離線式第二代LED驅(qū)動(dòng)器的電路圖，其中，藍(lán)色部分為恒定電流電路，此外還設(shè)有最高電壓鉗制電路，保證輸出電壓不會(huì)超出設(shè)計(jì)電壓范圍，確保安全。NCP1014是一款離線脈寬調(diào)制(PWM)開關(guān)穩(wěn)壓器，具有集成的高壓MOSFET，當(dāng)采用通用交流線路供電時(shí)，最高能夠提供8 W的輸出功率。其中，NCP1014 LED驅(qū)動(dòng)器是完全隔離的交流-直流轉(zhuǎn)換器，針對(duì)恒流應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。NCP1014/NCP1028采用350 mA/22 V直流變壓器設(shè)計(jì)及700 mA/17V的直流配置。需要說明的是，如果針對(duì)230 V交流線路使用另一種可選變壓器，則該轉(zhuǎn)換器能夠提供高達(dá)19W（NCP1014）或25W（NCP1028）的功率。

圖2：NCP1014/28離線式第二代LED驅(qū)動(dòng)器

在一些更大功率的應(yīng)用中，如大于15W的設(shè)計(jì)，一般單芯片驅(qū)動(dòng)器會(huì)有功率限制，所以可以考慮用分立的方法來實(shí)現(xiàn)。在圖3的應(yīng)用中，用NCP1351加上一個(gè)新的MOSFET，做成一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，它能支持350 mA至1 A的恒流。在設(shè)計(jì)中應(yīng)用NCP1351，它采用了可變頻率控制器，在輕載或無負(fù)載狀態(tài)下，開關(guān)頻率很低，啟動(dòng)時(shí)具有非常低的電流損耗和很高的效率。此外，在輸出部分，還增加了恒流電路和最高電壓控制電路。

圖3：基于NCP1351 20W通用輸入的應(yīng)用示例

圖4是利用NCP4300A的恒流恒壓電路，該電路具有以下優(yōu)勢(shì)：電流感測(cè)電壓降僅為簡(jiǎn)單分立方式的20%；通過負(fù)載穩(wěn)流精度更高，小于3%，且根據(jù)元件容限的不同會(huì)有差異；具有專門的穩(wěn)壓和穩(wěn)流環(huán)路，可以方便設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)參數(shù)；僅在最大正向電壓超過36 V時(shí)需要外掛，采用齊納器件對(duì)NCP4300A進(jìn)行穩(wěn)壓。

圖4：NCP4300恒流恒壓反饋控制，用于反激轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)器

另外還有一種降壓的方法，就是非隔離型離線降壓電路，這種電路模式可以提高效能。其峰值電流控制（PCC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作在深度、連續(xù)導(dǎo)電模式下，不但可以更好地進(jìn)行電流設(shè)置，還可以充分利用動(dòng)態(tài)自供電的功能，直接驅(qū)動(dòng)外掛的MOSFET，同樣也可以降低整個(gè)設(shè)計(jì)成本。

針對(duì)非隔離型LED，在其輸入方面要認(rèn)真考量。因?yàn)檩斎腚妷汉芨撸?dāng)輸出電壓很小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致占空比非常窄，所以開關(guān)控制器在電流被感測(cè)到之前會(huì)有200ns至400 ns的前沿消隱。因此，必須降低開關(guān)頻率以適應(yīng)正常操作，使輸入電壓通過半波整流輸入電路時(shí)保持在最低值。

電路是否需要PFC穩(wěn)壓，主要在于電流是否為正弦波。PFC的存在可以幫助改善電網(wǎng)的效率。在一些照明設(shè)備中，凡超過25W的應(yīng)用，全部需要PFC穩(wěn)壓。

除了之前提到PFC以外，在線性照明、背光效果、街道照明等應(yīng)用中，還會(huì)用到分布式直流架構(gòu)。圖5中可以看到在PFC后面有一個(gè)隔離的DC-DC，形成12V、24V輸出，利用PWM對(duì)光線明暗進(jìn)行控制。

圖5：分布式直流架構(gòu)

寬輸入范圍直流-直流LED應(yīng)用包括：景觀照明、內(nèi)部低壓軌道照明、太陽能照明、交通、應(yīng)急車輛、顯示器/屏背光、船舶應(yīng)用、便攜投影儀、替換低壓鹵素?zé)簟⑵噾?yīng)用等。安森美NCP3065/6多模LED驅(qū)動(dòng)器（圖6）是一種低成本應(yīng)用，具有以下特性：

圖6：NCP3065/6多模LED驅(qū)動(dòng)器器框

集成1.5 A開關(guān)；
降壓、升壓和反轉(zhuǎn)(降壓-升壓)/SEPIC
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
輸入電壓范圍為3.0至40 V；
235 mV的低反饋