針對(duì)不同LED照明應(yīng)用的電源解決方案

1、針對(duì)不同led照明應(yīng)用的電源解決方案與傳統(tǒng)的光源相比，發(fā)光()具備眾多的優(yōu)點(diǎn)，如工作低，能效高，很小巧并產(chǎn)生定向光。它們能夠提供極寬廣的顏色以及白光，不產(chǎn)生(ir)或紫外(uv)輻射，而且因?yàn)樗鼈兪枪虘B(tài)器件，在機(jī)械上很強(qiáng)固，并且不含汞，在恰當(dāng)設(shè)計(jì)和用法時(shí)能夠具有超過(guò)5萬(wàn)小時(shí)的工作壽命，遠(yuǎn)長(zhǎng)于標(biāo)準(zhǔn)白熾燈的1千小時(shí)壽命。此外，它們還徹低可調(diào)光。這些優(yōu)點(diǎn)使得led的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如今已擁有眾多的應(yīng)用市場(chǎng)，如建造景觀照明、交通信號(hào)燈、顯示屏、零售、中小尺寸液晶顯示屏()背光、汽車和太陽(yáng)能等，并在街道照明、住所照明乃至中大尺寸lcd背光方面擁有越來(lái)越大的進(jìn)展空間。高亮度led對(duì)于照明設(shè)計(jì)、全球能源節(jié)約

2、和創(chuàng)新產(chǎn)品具有重大意義，對(duì)催生固態(tài)照明革命至關(guān)重要。這種革命需要一種整體性的途徑，在這其中，led與電源轉(zhuǎn)換和控制器件以及熱管理解決計(jì)劃和光學(xué)器件集成在一起。如上所述，led本質(zhì)上是低電壓器件；按照顏色和的不同，led的正向電壓介于不足2 v至4.5 v之間。此外，led需要采納恒定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)，從而確保獲得所需的發(fā)光亮度和顏色。這就需要相應(yīng)的電源轉(zhuǎn)換和控制解決計(jì)劃能夠適應(yīng)不同的電源，無(wú)論是溝通線路、太陽(yáng)能板、12 v汽車電池、直流電源或低壓溝通系統(tǒng)，甚至是基于堿和鎳的電池或鋰離子電池。作為一家全球率先的高能效電源供給商，安森美半導(dǎo)體專注于運(yùn)用自身的低電壓和高電壓技術(shù)以及在解決計(jì)劃方面的專長(zhǎng)來(lái)應(yīng)

3、對(duì)led照明所瀕臨的挑戰(zhàn)：無(wú)論是便攜顯示產(chǎn)品、汽車內(nèi)部照明或led信號(hào)燈的鎮(zhèn)流器。在下文中，我們將結(jié)合led照明的多種不同應(yīng)用，如建造、工業(yè)、汽車和便攜應(yīng)用等，研究安森美半導(dǎo)體相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電源解決計(jì)劃。1. 可集成最高700 v高壓fet的離線型ac-dc解決計(jì)劃安森美半導(dǎo)體在將電源從溝通主電源轉(zhuǎn)換為功率等級(jí)在幾瓦至幾百瓦范圍之間、適合多種不同應(yīng)用的可用能源方面擁有豐盛的閱歷。安森美半導(dǎo)體開發(fā)出了結(jié)合高壓開關(guān)晶體管和中等電壓的極高壓(vhvic)，針對(duì)寬廣的功率需求提供集成了高性價(jià)比解決計(jì)劃。安森美半導(dǎo)體提供多種固定頻率控制器和轉(zhuǎn)換器，將電壓高至700 v的高壓(fet)集成至容易、經(jīng)濟(jì)、元件數(shù)

4、量少的解決計(jì)劃之中。這類解決計(jì)劃包括三個(gè)方面：* 單片溝通-直流(ac-dc)恒流驅(qū)動(dòng)器，功率范圍在5至15 w之間，如ncp1013、ncp1014和ncp1028等。* ncp系列離線控制器，同時(shí)包含隔離型和非隔離型，功率高達(dá)150 w。安森美半導(dǎo)體提供用于街道照明、具有單段式功率因數(shù)校正器(pfc)的參考設(shè)計(jì)。* pfc解決計(jì)劃對(duì)于功率低于25 w(230 vac)的較低功率應(yīng)用而言，最常用的是集成電源開關(guān)穩(wěn)壓器，由于它可以將元件數(shù)量減至最少。高于這個(gè)功率范圍，則可以用法控制器，由于控制器為設(shè)計(jì)人員在挑選這種應(yīng)用最適合的高壓fet方面提供靈便性?？刂破骷瓤捎糜诟綦x應(yīng)用，也可用于非隔離應(yīng)用

5、，而安森美半導(dǎo)體提供多種不同的增值特性，允許設(shè)計(jì)人員針對(duì)其詳細(xì)設(shè)計(jì)要求優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖2顯示的是安森美半導(dǎo)體ncp1351離線式led驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)。這參考設(shè)計(jì)的輸入功率范圍介于85至265 vac之間，具有尺寸小、成本低、良好線路穩(wěn)壓等特性，在20 w負(fù)載具有80%的高能效，并集成了過(guò)載庇護(hù)和短路庇護(hù)等平安特性，最大尺寸僅為1253735 mm。iec1000-3-2標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定了限制注入至溝通線路中諧波的規(guī)范。就照明應(yīng)用而言，假如輸入功率大于25 w(c類)，這個(gè)規(guī)范就會(huì)適用。此外，即使在某些地區(qū)并不要求遵從這項(xiàng)iec規(guī)范，也可能對(duì)最低功率因數(shù)提出要求。這樣一來(lái)，這些應(yīng)用中就需要前端pfc控制器。

6、增強(qiáng)這樣一個(gè)段會(huì)導(dǎo)致符合能效和空間等其它系統(tǒng)要求方面的困難，除非作出明智的挑選。幸運(yùn)的是，安森美半導(dǎo)體深刻理解這些挑戰(zhàn)，擁有創(chuàng)新的pfc控制器產(chǎn)品陣容，符合設(shè)計(jì)人員對(duì)容易、緊湊和強(qiáng)固解決計(jì)劃的期望。安森美半導(dǎo)體不僅支持傳統(tǒng)的2段式應(yīng)用，也推出了數(shù)款進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的獨(dú)特解決計(jì)劃，如ncp1651單段式反激控制器。ncp1651在單芯片解決計(jì)劃中集成了功率因數(shù)校正和轉(zhuǎn)換器，帶有外部fet，允許按照所需功率實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的解決計(jì)劃。ncp1651具有隔離型降壓功能，支持延續(xù)或不延續(xù)模式操作，并支持平均電流模式控制(acmc)和固定頻率控制，其高精度乘法器可用于降低總體諧波失真(thd)。它還具有過(guò)溫關(guān)閉

7、和外部關(guān)閉等功能。這款單段式pfc控制器適合于電子鎮(zhèn)流器、街燈、交通信號(hào)燈和照明等應(yīng)用。對(duì)于輸入功率介于25 w和60 w之間的led照明應(yīng)用而言，可以采納ncp1351這樣的控制器；對(duì)于輸入功率在60 w至150 w范圍而言，pwm控制器可以采納ncp1271；輸入功率在150 w至300 w范圍的，可以采納ncp1396這樣的pwm控制器。而對(duì)于25 w至300 w的輸入功率范圍而言，都可以采納臨界導(dǎo)電模式(crm)的pfc控制器ncp1606。2. 寬輸入范圍的中等電壓led應(yīng)用dc/dc電源解決計(jì)劃除了便攜供電應(yīng)用，還有一系列高亮度led應(yīng)用工作在8至40 vdc范圍的電源，這些電源包

8、括鉛酸電池、12-36 vdc適配器、太陽(yáng)能電池以及低壓的12 和24 vac溝通系統(tǒng)。這類的照明應(yīng)用眾多，如活動(dòng)式照明、景觀和道路照明、汽車和交通照明、太陽(yáng)能供電照明，以及陳設(shè)柜照明等。即使目標(biāo)是采納恒定電流驅(qū)動(dòng)led，首先要理解的大事就是應(yīng)用的輸入和輸出電壓變幻。led的正向電壓由材料特性、結(jié)溫度范圍、驅(qū)動(dòng)電流和創(chuàng)造容限打算。憑借這些信息，就可以挑選恰當(dāng)?shù)木€性或開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如線性、降壓、升壓或降壓-升壓等。對(duì)于輸入電壓小于40 v的led應(yīng)用而言，假如輸出電壓小于輸入電壓，則挑選降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，再按照輸出電流來(lái)舉行挑選。若輸出電流大于1.2 a，則可采納設(shè)計(jì)用于為高亮度le

9、d供電的1.5 a恒流開關(guān)穩(wěn)壓器ncp3065。這器件擁有額定值235 mv的極低反饋電壓，適合對(duì)led串的平均電流舉行穩(wěn)流。它擁有高至40 v的較寬輸入電壓范圍，使其能夠工作在12 vac或12 vdc電源。ncp3065還提供適合汽車級(jí)應(yīng)用的版本ncv3065。只需采納極少的外部元件(如或低vcesat開關(guān))，ncp3065開關(guān)穩(wěn)壓器即可配置為降壓、升壓或se等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這使得它還能用于電流小于1.2 a的應(yīng)用。對(duì)于電流小于1.2 a的應(yīng)用，還可采納ncp1215+mosfet來(lái)構(gòu)成降壓轉(zhuǎn)換器。對(duì)于電流小于500 ma以及輸入電壓臨近輸出電壓的應(yīng)用而言，可以采納nud4001這樣的恒流線性

10、驅(qū)動(dòng)器。假如輸出電壓大于輸入電壓，則挑選升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，假如是低壓電池供電應(yīng)用，則可以選用ncp5005、ncp5604、ncp5608和ncp5050這樣的低壓led驅(qū)動(dòng)器；假如不是低壓電池供電應(yīng)用，再看其輸出電壓值，假如大于40 v，同樣可以采納ncp3065開關(guān)穩(wěn)壓器，這時(shí)候ncp3065結(jié)合外部nmos mosfet配置為升壓控制器結(jié)構(gòu)；否則，還要看開關(guān)電流來(lái)確定。假如開關(guān)電流大于1.3 a，則采納結(jié)合mosfet或低vcesat開關(guān)、配置為升壓控制器的ncp3065；假如小于1.3 a，采納配置為升壓轉(zhuǎn)換器的ncp3065。除了單純的降壓或升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在某些環(huán)境下，也需要

11、降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如從標(biāo)準(zhǔn)電源輸入端驅(qū)動(dòng)led串；此外，在輸入電壓和led負(fù)載電壓交疊的場(chǎng)合中用法這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也很常見。而ncp3065也能夠配置為降壓-升壓控制器。這種架構(gòu)需要2個(gè)電源開關(guān)。雖然ncp3065本身也包含1個(gè)電源開關(guān)，但我們可以用法1個(gè)低vcesat pnp/npn對(duì)管來(lái)獲得更高轉(zhuǎn)換效率。這是一種可擴(kuò)展的計(jì)劃，整流器和電源開關(guān)都能夠按照詳細(xì)的輸入和輸出電壓以及電流電平來(lái)調(diào)節(jié)。值得一提的是，諸如nss40500uw3這樣的低vcesat晶體管采納小巧的22 mm封裝，提供極佳的性能。圖4所示的是功率最高達(dá)12 w的ncp3065降壓-升壓。這電路設(shè)計(jì)用于電流高達(dá)0.7 a的應(yīng)用

12、，輸入電壓范圍可達(dá)8至26 vdc。輸出電壓vout為16 vdc 700 ma和輸入電壓vin為13-26 vdc時(shí)，能效可達(dá)72%至80%。3 led便攜背光應(yīng)用電源解決計(jì)劃白光led和rgb三色led廣泛應(yīng)用于小尺寸lcd面板和鍵盤的背光以及指示燈應(yīng)用。在手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)應(yīng)用中，高亮度led還可用作閃光燈電源。這些應(yīng)用需要優(yōu)化的解決計(jì)劃，不僅要能夠最大限度延伸電池用法時(shí)光，同時(shí)還要最大程度減小占用面積和高度。在這類led背光應(yīng)用中，既可以采納線性穩(wěn)壓器，也可以采納開關(guān)穩(wěn)壓器，各有其優(yōu)勢(shì)。線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)比較容易、設(shè)計(jì)容易、成本低、噪聲低、尺寸小、靜態(tài)電流低。而開關(guān)穩(wěn)壓器的能效較高，可達(dá)708

13、5%。安森美半導(dǎo)體按照用戶的應(yīng)用需求，提供多種類型的解決計(jì)劃。在開關(guān)穩(wěn)壓器解決計(jì)劃方面，就同時(shí)提供型和電荷泵型這兩種類型。詳細(xì)而言，電感升壓驅(qū)動(dòng)器ncp5005 , ncp5050具有高能效和高輸出電壓的優(yōu)勢(shì)，其能效高達(dá)90%以上，而且大多能夠驅(qū)動(dòng)多達(dá)5個(gè)串聯(lián)led(輸出電壓達(dá)21 v)。此外，因?yàn)閘ed采納串聯(lián)銜接，這種類型的器件也具有抱負(fù)的照明/電流匹配特性。因?yàn)闊o(wú)需電感，電荷泵型驅(qū)動(dòng)器ncp5602, ncp5612, ncp5623有助于造就小型緊湊的解決計(jì)劃，而這對(duì)應(yīng)用中小尺寸lcd的便攜產(chǎn)品而言顯得猶為重要。這種類型的驅(qū)動(dòng)器配備低成本的和，能夠造就成本更低的解決計(jì)劃。這種驅(qū)動(dòng)器可以

14、驅(qū)動(dòng)1至3個(gè)led，適合于小型器件的背光應(yīng)用。除了lcd，有機(jī)()這種新興顯示技術(shù)近年來(lái)也開頭應(yīng)用在便攜設(shè)備乃至中大尺寸平板電視之中。市場(chǎng)上最初浮現(xiàn)的是無(wú)源矩陣oled(pmoled)，因?yàn)槠潋?qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的緣由，其顯示尺寸局限在1.8英寸及以下，常用于mp3播放器和手機(jī)副屏之中。更新的有源矩陣oled(amoled)技術(shù)則沒有顯示尺寸方面的限制，它比lcd具有多項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)，如寬廣的視角、高對(duì)照度、極快的響應(yīng)時(shí)光和纖薄的厚度，這得益于它消退了背光的需要。amoled面板被用于手機(jī)的主顯示屏及mp3播放器等。安森美半導(dǎo)體在市場(chǎng)上領(lǐng)先推出了專用的有源矩陣(amoled)面板icncp5810d。nc

15、p5810d雙輸出直流-直流轉(zhuǎn)換器在1.75 mhz頻率下囫圇電源能效高達(dá)83%。它具有極佳的線路瞬態(tài)抑制能力，在25 ma電流時(shí)線路瞬態(tài)電壓為5 mv。為了適應(yīng)amoled顯示屏纖薄的形狀，該轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換至1.75 mhz的高頻，可用法體積較小的電感器和陶瓷輸出。其0.55mm厚的超薄封裝，使ncp5810d適用于最薄的便攜式產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。此外，它在關(guān)機(jī)模式下的斷電功能，將泄漏顯示電流限制在1微安，節(jié)省了關(guān)機(jī)狀態(tài)下的電池電源。ncp5810d還具有逐周期峰值電流限制和熱關(guān)機(jī)庇護(hù)功能。 ncp5810d采納超薄的3.0mm3.0mm0.55mm llga-12封裝。除了lcd背光和amoled電源應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體還推出面對(duì)相機(jī)閃光應(yīng)用的led驅(qū)動(dòng)ic，如ncp5680等。以ncp5680為例，這是一款帶超級(jí)電容(supercap)的雙led閃光驅(qū)動(dòng)器，能夠以2.5 a或更高電流驅(qū)動(dòng)2個(gè)高亮度led。它采納i2c控制，具有內(nèi)置閃光序列。它的感光功能在光明環(huán)境下可以限制閃光時(shí)光，從而節(jié)約電能。這器件用法超級(jí)電容來(lái)支持音頻等其它大峰值電流的電路，還具有短路庇護(hù)等庇護(hù)功能