線性LED驅(qū)動(dòng)器方案概覽及其典型應(yīng)用
2012-11-29 11:17:32 來源:中華電源網(wǎng)
摘要: 在眾多照明應(yīng)用中,線性LED驅(qū)動(dòng)器是首選的方案,因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)簡(jiǎn)單,易于設(shè)計(jì),且使LED能夠以精確穩(wěn)流電流來驅(qū)動(dòng),而無論LED正向壓降或輸入電壓如何變化。由于驅(qū)動(dòng)器是線性結(jié)構(gòu),它們必須匹配應(yīng)用的功率耗散要求。安森美半導(dǎo)體提供電流范圍在10 mA到1 A之間的寬廣范圍線性LED驅(qū)動(dòng)器方案,包括新穎的線性恒流穩(wěn)流器(CCR)方案及其它眾多線性驅(qū)動(dòng)器方案。
關(guān)鍵字: LED驅(qū)動(dòng), 安森美半導(dǎo)體, 線性恒流穩(wěn)流器
針對(duì)低電流LED驅(qū)動(dòng)的線性CCR及應(yīng)用示例
在電流低于350 mA的許多低電流LED應(yīng)用中,如汽車組合尾燈、霓紅燈替代、交通信號(hào)燈、大型顯示屏背光、建筑物裝飾光及指示器等,可以采用普通的線性穩(wěn)壓器或是電阻來提供LED驅(qū)動(dòng)方案。電阻用于限制LED串的電流,是成本最低的方案,易于設(shè)計(jì),且沒有電磁兼容性問題。但是,使用電阻時(shí),LED正向電流由電壓確定,在低電壓條件下,正向電流較低,會(huì)導(dǎo)致LED亮度不足,且在負(fù)載突降等瞬態(tài)條件下,LED可能受損。電阻方案的能效也最低,不利于節(jié)能,這在強(qiáng)調(diào)高低能耗的應(yīng)用中尤為不利。此外,電阻方案也存在LED熱失控及篩選問題。線性穩(wěn)壓器方案的提供較佳的穩(wěn)流精度(±2%),支持過功率自調(diào)節(jié),也沒有EMI問題。這種方案的能效較低,成本適中。
客戶需要比普通線性穩(wěn)壓器經(jīng)濟(jì)、但在性能上又比電阻高出許多的驅(qū)動(dòng)方案。安森美半導(dǎo)體運(yùn)用待批專利的自偏置晶體管(SBT)技術(shù),結(jié)合自身超強(qiáng)的工藝控制能力,推出了新穎的LED驅(qū)動(dòng)方案——NSI45系列線性恒流穩(wěn)流器(CCR)。與電阻相比,線性CCR在寬電壓范圍下亮度恒定,在高輸入電壓時(shí)保護(hù)LED,使其免于過驅(qū)動(dòng),在低輸入電壓時(shí)提供更高亮度。得益于其恒流特性,客戶可以減少或消除不同供應(yīng)商提供的不同LED的編碼成本,降系統(tǒng)總成本。CCR也無EMI問題,采用高功率密度封裝,并通過汽車行業(yè)AEC-Q101認(rèn)證。
安森美半導(dǎo)體的CCR包含雙端固定輸出和三端可調(diào)節(jié)輸出兩種類型,電流等級(jí)分別涵蓋10至350 mA及20至160 mA,陽極-陰極最大電壓VAK分別為50 V和45 V。高VAK電壓幫助抑制浪涌,保護(hù)LED。這系列CCR在電流流動(dòng)前無電壓偏移,其快速導(dǎo)通/關(guān)閉特性提供寬范圍及精確的脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光能力。市場(chǎng)上沒有跟CCR一樣的“即插即用”器件,其它器件都需最低0.5 V的電壓導(dǎo)通,而不會(huì)像CCR一樣立即導(dǎo)通(見圖1左)。CCR能以外部雙極結(jié)晶體管(BJT)來提供精確的PWM調(diào)光(見圖1右),典型PWM調(diào)光頻率是0.1到3 kHz,調(diào)光過程中并無色彩漂移,因?yàn)長(zhǎng)ED始終以優(yōu)化的電流導(dǎo)通。
圖1: 25 mA的CCR與競(jìng)爭(zhēng)器件的Ireg-Vin曲線比較(左);CCR調(diào)光應(yīng)用示例(右)。
CCR帶有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)特性,在極端電壓和工作溫度下保護(hù)LED免受熱失控影響。CCR易于設(shè)計(jì),適合高端(High-side)及低端(Low-side)應(yīng)用(見圖2a),不需外部元件,非常簡(jiǎn)單,適合更寬的應(yīng)用范圍;相比較而言,有些供應(yīng)商提供跟安森美半導(dǎo)體CCR類似的功能或性能,但需要額外的外部元件、不能配置為高端或低端驅(qū)動(dòng)器、封裝不同或是熱可靠性較遜。
圖2:CCR可靈活用于高端或低端驅(qū)動(dòng),亦可驅(qū)動(dòng)多串LED。
CCR還能用于驅(qū)動(dòng)多串LED(見圖2b和2c),同樣是既可用于高端,也可用于低端。圖2b顯示的是單個(gè)CCR驅(qū)動(dòng)多串LED的應(yīng)用示例,這種配置的成本最低,但不同LED的正向壓降必須匹配,且某串LED故障則其它串LED的電流增加,加大故障風(fēng)險(xiǎn)。這種配置中較多功率耗散在單個(gè)CCR封裝之中。圖2c顯示的是多個(gè)CCR驅(qū)動(dòng)多串LED,這種配置的保護(hù)性能最佳,既不需要匹配LED,某串LED故障對(duì)其它串也沒有影響,且功率在多個(gè)CCR封裝中耗散。
除了以單個(gè)CCR驅(qū)動(dòng)單串或多串LED,還能并聯(lián)多個(gè)CCR來提供更大電流,驅(qū)動(dòng)單串或多串LED。其中,使用三端可調(diào)節(jié)輸出CCR有助于滿足特定電流設(shè)置要求,可調(diào)節(jié)電阻能耗不到150 mW。
圖3:并聯(lián)多個(gè)CCR提供更大電流,驅(qū)動(dòng)單串名多串LED。
CCR可以用于直接采用交流電源供電的應(yīng)用。交流市電輸入經(jīng)過橋式整流后,只需要保證輸入電壓減去LED串總電壓后所剩下的電壓不超過CCR的VAK即可。CCR也可用于T8熒光燈管LED替代應(yīng)用。采用CCR來驅(qū)動(dòng)LED T8燈管(見圖4)與采用電子鎮(zhèn)流器的熒光燈相比,輸入功率更低,功率因數(shù)更高,總諧波失真更低,光輸出更高。
圖4:NSI45090DDT4G CCR在驅(qū)動(dòng)LED T8燈管應(yīng)用中的電路圖。
安森美半導(dǎo)體的NSI45系列CCR包含10、15、20、25或30 mA固定輸出版本,60至160 mA的可調(diào)節(jié)輸出版本,以及通過汽車標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的20至160 mA可調(diào)節(jié)輸出版本。安森美半導(dǎo)體并提供CCR樣品套件和評(píng)估板供客戶申請(qǐng)?jiān)囉谩?/P>
應(yīng)用于可尋址標(biāo)志、建筑物裝飾光等應(yīng)用的線性LED驅(qū)動(dòng)器
安森美半導(dǎo)體除了提供新的線性CCR這樣的低電流LED驅(qū)動(dòng)器,更提供其它多種線性驅(qū)動(dòng)器,用于顯示屏驅(qū)動(dòng)、可尋址標(biāo)志、建筑物裝飾光等應(yīng)用領(lǐng)域。
諸如廣告牌標(biāo)志、滾動(dòng)橫幅、智能車輛標(biāo)志和體育計(jì)分板等LED應(yīng)用需要采用多顆LED,通常包含多串LED,要求LED驅(qū)動(dòng)方案提供恒定的光輸出,不同通道間的電流匹配精度要高,要提供易用的接口來控制不同LED通道,并且要具備可靠的保護(hù)功能。安森美半導(dǎo)體針對(duì)這類應(yīng)用的方案包括CAT4008和CAT4106等恒流LED汲入型驅(qū)動(dòng)器,其中前者支持8通道,后者支持16通道,LED電流范圍均為2至100 mA,此電流由外部電阻設(shè)定。
圖5:CAT4016典型應(yīng)用電路圖。
某些旨在營(yíng)造高視覺沖擊力效果的建筑物裝飾照明應(yīng)用使用高亮度的LED,要求LED驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)高亮度LED,并且要具備高速接口,從而支持高數(shù)據(jù)率并確保維持高數(shù)據(jù)完整性,還需要具備超低的壓降,從而提供更高的能效。安森美半導(dǎo)體適合這類應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)器包括CAT4101、CAT4103和CAT4109等。
圖6:CAT4103及CAT4109 RGB像素LED驅(qū)動(dòng)器典型應(yīng)用電路圖。
其中,CAT4101是1 A高亮度線性LED驅(qū)動(dòng)器,不要求電感,消除開關(guān)噪聲,將元件數(shù)量減至最少,并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),針對(duì)要求大電流的建筑物L(fēng)ED裝飾照明應(yīng)用。CAT4103是3通道串行可編程恒流RGB LED像素驅(qū)動(dòng)器,為高端、多色彩、“智能”LED建筑物照明應(yīng)用而設(shè)計(jì),具有高速串行接口,能支持達(dá)25 MHz的數(shù)據(jù)率,提供完全緩沖的數(shù)據(jù)輸出,確保在分布式(長(zhǎng)距離)、菊花鏈型照明系統(tǒng)中維持最高的數(shù)據(jù)完整性。CAT4109也是三通道RGB LED像素驅(qū)動(dòng)器,使用并行接口,每條通道具有專門的脈寬調(diào)制(PWM)控制,非常適合更常規(guī)的LED視覺效果應(yīng)用,如混色和建筑物重點(diǎn)照明。
此外,在中大尺寸液晶電視應(yīng)用中,LED背光也在加速替代傳統(tǒng)的CCFL背光。安森美半導(dǎo)體的CAT4026是一款6通道線性LED驅(qū)動(dòng)器,用于大面板LED背光應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員可以在液晶電視的LED背光部分結(jié)合采用安森美半導(dǎo)體的NCP1397半諧雙電感加單電容(LLC)諧振控制器及CAT4026側(cè)光式LED線性驅(qū)動(dòng)器,支持電路板高度低至8 mm的LED背光液晶電視設(shè)計(jì)。CAT4026以單顆IC支持6通道,且易于分級(jí)為多達(dá)12個(gè)或18 個(gè)通道(相應(yīng)采用2個(gè)或3個(gè)控制器),目標(biāo)能效高于90%,典型能效達(dá)94%。此外,該驅(qū)動(dòng)器還提供正向電壓監(jiān)測(cè)功能,可以限制總體功耗;還能為L(zhǎng)ED開路及過多LED短路等不同LED串故障提供保護(hù)。
圖7:背光部分采用NCP1397和CAT4026的46英寸LED背光液晶電視電源示意圖。
總結(jié):
安森美半導(dǎo)體身為應(yīng)用于高能效電子產(chǎn)品的首要高性能硅方案供應(yīng)商,提供應(yīng)用于各種LED照明/背光應(yīng)用的高能效驅(qū)動(dòng)器解決方案,包括AC-DC LED方案、DC-DC LED開關(guān)穩(wěn)壓器方案以及不同線性LED驅(qū)動(dòng)器方案等。本文重點(diǎn)探討了安森美半導(dǎo)體的不同線性LED驅(qū)動(dòng)器方案,包括應(yīng)用于低電流應(yīng)用的新穎的線性CCR方案,以及應(yīng)用于可尋址標(biāo)志和建筑物裝飾照明應(yīng)用的線性LED驅(qū)動(dòng)器方案??蛻艨梢愿鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇適合的安森美半導(dǎo)體線性LED驅(qū)動(dòng)器方案,縮短設(shè)計(jì)周期,并加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
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英飛凌帶來緊湊型單通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器;川土微電子發(fā)布集成DMOS的三相無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器;安世半導(dǎo)體推出符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的12通道、40 V高邊LED驅(qū)動(dòng)器。
ADI公司專為汽車設(shè)計(jì)的電源產(chǎn)品覆蓋汽車座艙電子和信息娛樂系統(tǒng)、車輛自動(dòng)駕駛和安全、汽車LED驅(qū)動(dòng)器以及電池管理和動(dòng)力總成等電氣化系統(tǒng),確保其符合ASIL框架。不同的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)不同的功能,包括電壓調(diào)節(jié)、直流轉(zhuǎn)換等
近日,芯格諾(X-Signal Integrated)推出了倍受期待的LED驅(qū)動(dòng)數(shù)字電源芯片新品XP2115和XP2116,采用全程直流(DC)調(diào)光技術(shù),將調(diào)光深度推進(jìn)至千分之一,調(diào)光分辨率更是高達(dá)16bit(十萬分之二),其出色的柔和調(diào)光表現(xiàn)獲得了廣大商業(yè)照明行業(yè)客戶的高度認(rèn)可。
從而減少驅(qū)動(dòng)電源的種類,縮短開發(fā)周期,降低庫(kù)存,縮短交貨時(shí)間。如有需要,最終用戶也可以重新配置驅(qū)動(dòng)電源來適配LED燈具。
一塊細(xì)小的電路板(22x12mm),卻是一個(gè)能輸出1A或2.2A恒定電流的高效率LED驅(qū)動(dòng)器。通過一白色的LED矩陣能形成非常光亮的車燈照明,或做成強(qiáng)光的手電筒或其他光源,其驅(qū)動(dòng)電源可采用鋰離子電池組或鋰釙(LiPo)電池組。還具有亮度可調(diào)控功能和閃光功能,這是一個(gè)結(jié)構(gòu)先進(jìn)、配置緊湊的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)。
美芯晟將攜五款LED驅(qū)動(dòng)芯片參展。
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