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分析通用市場中的高亮度LED驅動應用技術

時間:2015-08-24 來源:admin瀏覽次數:0

     目前,最常見的白光是通過在藍色的發光二極管上面涂上黃磷制成的。此外,還可以將紅、綠、藍三種光互相調配做成白色LED。LED的發展非常迅速,現在100L/W到120L/W的白光LED已經可以大量生產了。

        但是,的發展也存在著很大的挑戰,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有差異;第三,"色點"會隨著電流和溫度的變化而漂移;第四,LED必須在規范要求的范圍內工作,從而實現可靠工作。

        圖1中展示的是的基本結構,最左側為輸入部分,驅動器中有兩個重要的部分:一個是電源轉換,包括非隔離型和隔離型兩種;另一個是驅動器,它將輸入電壓轉換成恒流來驅動LED。驅動器的主要功能就是在工作條件范圍內限制電流,無論輸入條件和正向電壓如何變化。除了限流之外,在制作驅動器產品的時候,我們也要考慮它的效率、成本、尺寸等諸多因素。在效率方面,因為人的視覺系統會濾除電流紋波,所以如果開關頻率達到100Hz至150 Hz,驅動器的"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動LED。這樣,不但可以提高效率,還可以簡化電路。

圖1:LED驅動器的基本結構

圖1:LED驅動器的基本結構

        離線應用

        典型的離線應用包括電子鎮流器、熒光燈代替品、交通信號燈、LED燈泡、街道和停車、建筑物照明、標志等。

        圖2是安森美公司NCP1014/28離線式第二代LED驅動器的電路圖,其中,藍色部分為恒定電流電路,此外還設有最高電壓鉗制電路,保證輸出電壓不會超出設計電壓范圍,確保安全。NCP1014是一款離線脈寬調制(PWM)開關穩壓器,具有集成的高壓MOSFET,當采用通用交流線路供電時,最高能夠提供8 W的輸出功率。其中,NCP1014 LED驅動器是完全隔離的交流-直流轉換器,針對恒流應用進行了優化。NCP1014/NCP1028采用350 mA/22 V直流變壓器設計及700 mA/17V的直流配置。需要說明的是,如果針對230 V交流線路使用另一種可選變壓器,則該轉換器能夠提供高達19W(NCP1014)或25W(NCP1028)的功率。

圖2:NCP1014/28離線式第二代LED驅動器

圖2:NCP1014/28離線式第二代LED驅動器

        在一些更大功率的應用中,如大于15W的設計,一般單芯片驅動器會有功率限制,所以可以考慮用分立的方法來實現。在圖3的應用中,用NCP1351加上一個新的MOSFET,做成一個驅動器,它能支持350 mA至1 A的恒流。在設計中應用NCP1351,它采用了可變頻率控制器,在輕載或無負載狀態下,開關頻率很低,啟動時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通用輸入的應用示例

圖3:基于NCP1351 20W通用輸入的應用示例

        圖4是利用NCP4300A的恒流恒壓電路,該電路具有以下優勢:電流感測電壓降僅為簡單分立方式的20%;通過負載穩流精度更高,小于3%,且根據元件容限的不同會有差異;具有專門的穩壓和穩流環路,可以方便設計者設計參數;僅在最大正向電壓超過36 V時需要外掛,采用齊納器件對NCP4300A進行穩壓。

圖4:NCP4300恒流恒壓反饋控制,用于反激轉轉器

圖4:NCP4300恒流恒壓反饋控制,用于反激轉轉器

  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)拓撲結構工作在深度、連續導電模式下,不但可以更好地進行電流設置,還可以充分利用動態自供電的功能,直接驅動外掛的MOSFET,同樣也可以降低整個設計成本。

        針對非隔離型,在其輸入方面要認真考量。因為輸入電壓很高,當輸出電壓很小時,會導致占空比非常窄,所以開關控制器在電流被感測到之前會有200ns至400 ns的前沿消隱。因此,必須降低開關頻率以適應正常操作,使輸入電壓通過半波整流輸入電路時保持在最低值。

         電路是否需要PFC穩壓,主要在于電流是否為正弦波。PFC的存在可以幫助改善電網的效率。在一些設備中,凡超過25W的應用,全部需要PFC穩壓。

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

圖5:分布式直流架構

圖5:分布式直流架構

        寬輸入范圍直流-直流LED應用包括:景觀照明、內部低壓軌道照明、太陽能照明、交通、應急車輛、顯示器/屏背光、船舶應用、便攜投影儀、替換低壓鹵素燈、汽車應用等。 安森美NCP3065/6多模(圖6)是一種低成本應用,具有以下特性:


圖6:NCP3065/6多模LED驅動器器框

圖6:NCP3065/6多模器器框

集成1.5 A開關;
降壓、升壓和反轉(降壓-升壓)/SEPIC
拓撲結構;
輸入電壓范圍為3.0至40 V;
235 mV的低反饋

 


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