近年來，高亮度LED的應用領(lǐng)域不斷增多，涵蓋從行動裝置背光、中大尺寸LCD背光、汽車內(nèi)部及外部照明及一般照明等寬廣范圍。常見DC-DC LED照明應用包括景觀照明、內(nèi)部低壓道路照明、太陽能供電照明、汽車照明、應急車輛照明、船舶應用、低壓鹵素類替代及飛機內(nèi)部照明等。本文將重點探討如何為不同DC-DC LED照明應用選擇適合的安森美半導體高能效驅(qū)動器方案。
表1：常見DC-DC LED照明應用
LED DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲結(jié)構(gòu)
根據(jù)輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系，我們可將LED DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器的拓撲結(jié)構(gòu)分為以下幾種類型：
降壓：適合于在所有工作條件下最小輸入電壓始終高于LED串最大電壓的應用。例如，以12 V電源驅(qū)動單顆1 W LED時，使用此拓撲結(jié)構(gòu)。
升壓：適合于在所有工作條件下最大輸入電壓始終低于LED串最小電壓時的應用。例如，以5 V電源驅(qū)動6顆LED時，使用此拓撲結(jié)構(gòu)。
降壓-升壓，或單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)：適合于輸入電壓與輸出電壓有交迭的應用。例如，以12 V汽車電池驅(qū)動4顆LED時，可使用此拓撲結(jié)構(gòu)。
近年來，高亮度LED的應用領(lǐng)域不斷增多，涵蓋從行動裝置背光、中大尺寸LCD背光、汽車內(nèi)部及外部照明及一般照明等寬廣范圍。常見DC-DC LED照明應用包括景觀照明、內(nèi)部低壓道路照明、太陽能供電照明、汽車照明、應急車輛照明、船舶應用、低壓鹵素類替代及飛機內(nèi)部照明等。本文將重點探討如何為不同DC-DC LED照明應用選擇適合的安森美半導體高能效驅(qū)動器方案。
表1：常見DC-DC LED照明應用
LED DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲結(jié)構(gòu)
根據(jù)輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系，我們可將LED DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器的拓撲結(jié)構(gòu)分為以下幾種類型：
降壓：適合于在所有工作條件下最小輸入電壓始終高于LED串最大電壓的應用。例如，以12 V電源驅(qū)動單顆1 W LED時，使用此拓撲結(jié)構(gòu)。
升壓：適合于在所有工作條件下最大輸入電壓始終低于LED串最小電壓時的應用。例如，以5 V電源驅(qū)動6顆LED時，使用此拓撲結(jié)構(gòu)。
降壓-升壓，或單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)：適合于輸入電壓與輸出電壓有交迭的應用。例如，以12 V汽車電池驅(qū)動4顆LED時，可使用此拓撲結(jié)構(gòu)。
不同拓撲結(jié)構(gòu)適合采用不同的LED驅(qū)動器方案。安森美半導體身為應用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供貨商，運用公司在電源管理方面的專業(yè)技術(shù)及專知，針對各種LED照明應用提供寬廣范圍的高能效驅(qū)動器方案，其中包括各種高能效DC-DC LED照明方案。
LED DC-DC降壓驅(qū)動器方案
典型LED DC-DC降壓應用有如線槽燈、書架燈及展示柜燈等中使用的高亮度模塊化燈條，一般每條(11.5 x 1英寸) 4顆LED，根據(jù)顏色的不同，光效為23至47 lm/W，電壓為23至25 V 。
根據(jù)頻率及電流的不同，此類應用中可以使用安森美半導體提供不同的LED DC-DC降壓驅(qū)動器方案，包括NCL30100控制器、CAT4201穩(wěn)壓器，以及能夠配置為降壓穩(wěn)壓器的NCP3065/NCV3065、NCP3066/NCV3066穩(wěn)壓器及控制器等(見圖1)。這些方案各有其特點。
圖1：不同LED DC-DC降壓驅(qū)動器方案。
例如，NCL30100作為控制器，本身并未整合FET，但它支持使用高性價比的N信道MOSFET作為外部組件，能夠調(diào)節(jié)電流，并以100%的占空比工作。但此組件的電源電壓(VCC)能達18 V，需要外部組件以支持較高電壓，且需要用于確定數(shù)量的LED設計。NCL30100適合MR16燈泡、12 V景觀照明、太陽能供電LED照明、線性照明及廣告牌文字電路和標志背光等應用。
圖2：NCL30100 LED降壓控制器基本應用電路圖。
CAT4201則是整合了MOSFET開關(guān)的完整電源轉(zhuǎn)換器，采用小型TSOT5封裝，最高電壓36 Vdc(可承受40 V瞬時電壓)，能驅(qū)動總電壓達32 V的7顆串行LED，電源能效高達94%，提供限流及熱保護。但此組件在大多數(shù)應用中要求輸出電容，且LED輸出電流限流為最大350 mA。CAT4201適用于12 V及24 V照明系統(tǒng)、汽車及飛機照明和通用照明等應用。
圖3：CAT4201 LED降壓驅(qū)動器典型應用電路圖。
NCP3065和NCP3066，以及相應通過汽車認證的版本NCV3065和NCV3066，是彈性的開關(guān)穩(wěn)壓器，能夠配置為降壓、升壓及降壓-升壓等不同結(jié)構(gòu)。配置為LED降壓穩(wěn)壓器時，能在不采用輸出大電容的條件下工作，支持+40 V/1.5 A典型峰值開關(guān)電流，可以設定350 mA、700 mA及1,000 mA等不同輸出電流，還能夠配合調(diào)光需求。NCP3065/6、NCV3065/6適合于汽車及船舶照明、大功率LED驅(qū)動器、恒流源、低壓LED照明(景觀、道路、太陽能及MR16替代)等應用。
圖4：NCP3065典型LED降壓應用電路（左）及典型LED升壓應用電路（右）。
LED DC-DC升壓驅(qū)動器方案
如上所述，NCP3065/6、NCV3065/6能夠配置為不同結(jié)構(gòu)，圖4右顯示的是即是配置為升壓結(jié)構(gòu)的應用電路圖。
此外，安森美半導體還將推出專門用于高能效升壓模式的NCL30131 LED升壓驅(qū)動器，適合于驅(qū)動長串高亮度LED。NCL30131是一款能夠采用N溝道FET的開關(guān)升壓控制器，能夠用于構(gòu)建高能效的LED升壓驅(qū)動器。此組件使用電壓模式脈寬調(diào)變(PWM)回饋機制，帶有運算跨導放大器(OTA)。此組件具有高驅(qū)動能力，能驅(qū)動大電流/高能效MOSFET。輸入電壓范圍極寬，介于4.5 V至28 V之間。NCL30131提供300/600/1,000 kHz開關(guān)頻率，提供可程序設計限流、短路保護、熱關(guān)閉、過壓保護及欠壓鎖定等豐富保護功能，適合MR16建筑物照明、燈條、景觀照明及櫥柜內(nèi)照明等應用。
圖5：NCL30131高能效升壓LED驅(qū)動器典型電路圖。
基于NCL30131構(gòu)建的驅(qū)動10顆高亮度LED的+12 Vin @ ~700 mA演示板測試顯示，能效高于90%，線路穩(wěn)壓精度達到低于0.2%。
除了NCL30131，安森美半導體還提供另一款LED DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器——CAT4240。此組件采用1 MHz的固定開關(guān)頻率工作，能夠使用小量值的外部陶瓷電容及電感。此組件的高壓輸出段極適合驅(qū)動包含多達10個串行白光LED的中等尺寸及大尺寸面板顯示器，能效高達94%。
LED DC-DC降壓-升壓驅(qū)動器方案
典型LED降壓-升壓應用包括以12 V交流或12 V直流電源驅(qū)動包含3至4顆LED的模塊。這種應用中就可以采用配置為降壓-升壓拓撲結(jié)構(gòu)的NCP3065/6控制器，從而滿足輸入電壓與輸出電壓有交迭的應用需求。圖6顯示的是NCP3065在此類應用中的電路圖。
圖6：NCP3065 LED降壓-升壓應用電路圖。
GreenPoint®網(wǎng)上設計模擬工具加快DC-DC LED照明設計
安森美半導體身為應用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供貨商，針對各種 LED照明應用(包括DC-DC LED照明應用)提供完整的系統(tǒng)方案，包括電源、通訊、光傳感器、MOSFET、整流器、保護、濾波器及熱管理產(chǎn)品等。
此外，為了幫助設計人員加快LED照明設計，安森美半導體還提供GreenPoint®網(wǎng)上設計模擬工具，讓設計人員坐在工作臺前，即可以輕松地通過“選定LED驅(qū)動器”、“確定設計要求”、“自動產(chǎn)生設計電路圖”、“仿真及驗證”、“產(chǎn)生物料單及報告”、“下載報告為PDF檔案”及“保存檔案和分享”等幾個步驟，大幅縮短開發(fā)時間，加快產(chǎn)品上市進程。
此網(wǎng)上設計工具目前已經(jīng)支持多款安森美半導體的高能效LED驅(qū)動器產(chǎn)品的應用設計，其中支持的DC-DC LED驅(qū)動器包括NCP3065、NCP3066、NCL30100、CAT4201、NCP1529(降壓方案)、NCP5030(降壓-升壓方案)及NCP5050(升壓方案)等。后續(xù)還將支持更多產(chǎn)品。
圖7：安森美半導體GreenPoint®網(wǎng)上設計工具幫助加快LED照明設計。
總結(jié)
安森美半導體身為應用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供貨商，提供不同的高能效DC-DC LED照明產(chǎn)品，方便用戶根據(jù)應用需求來選擇 。安森美半導體同時提供在線模擬設計工具、演示板及多款參考設計，說明客戶簡化設計中標及使用。安森美半導體的LED驅(qū)動器產(chǎn)品的設計持續(xù)趨向小尺寸、高能效及低成本，幫助推動LED照明市場不斷向前發(fā)展。