你的位置:首頁(yè) > 光電顯示 > 正文

圖文解析高效LED燈串驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì):利用安森美LED驅(qū)動(dòng)器

發(fā)布時(shí)間:2013-08-01 來(lái)源:安森美半導(dǎo)體 責(zé)任編輯:Cynthiali

【導(dǎo)讀】近年來(lái),高亮度LED的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增多,本文介紹利用較新的兩款安森美DC-DC LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)高效LED燈串。其中,NCL30161 LED驅(qū)動(dòng)器適合于寬電壓應(yīng)用,它可通過(guò)平均電流控制使LED紋波電流控制在平均電流的10%,輸出不需要濾波電容,而且支持PWM或模擬調(diào)光;而NCL30160集成了MOSFET,同樣可最大限度地減少空間和成本。

近年來(lái),高亮度LED的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增多,涵蓋從移動(dòng)設(shè)備背光、中大尺寸LCD背光、汽車內(nèi)部及外部照明及通用照明等寬廣范圍。常見(jiàn)DC-DC LED照明應(yīng)用包括景觀照明、內(nèi)部低壓道路照明、太陽(yáng)能供電照明、汽車照明、應(yīng)用車輛照明、船舶應(yīng)用、低壓鹵素類替代及飛機(jī)內(nèi)部照明等。

安森美半導(dǎo)體提供DC-DC低功率 LED照明應(yīng)用的多款LED驅(qū)動(dòng)器,涵蓋升壓、降壓以及升降壓等不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖1所示。在這系列產(chǎn)品中,NCL30160和NCL30161是安森美半導(dǎo)體較新的兩款DC-DC LED驅(qū)動(dòng)器。NCL30161 LED驅(qū)動(dòng)器適合于寬電壓應(yīng)用,它可通過(guò)平均電流控制使LED紋波電流控制在平均電流的10%,輸出不需要濾波電容,而且支持PWM或模擬調(diào)光;還有一款轉(zhuǎn)換器NCL30160集成了MOSFET,同樣可最大限度地減少空間和成本。本文將重點(diǎn)介紹這兩款產(chǎn)品的關(guān)鍵特性及應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
 
圖2:NCL30161典型應(yīng)用降壓LED驅(qū)動(dòng)器
圖1:安森美半導(dǎo)體DC-DC LED驅(qū)動(dòng)器選型決策鏈。

NCL30161的優(yōu)勢(shì)和典型應(yīng)用

NCL30161是一款平均電流滯環(huán)控制模式高亮度LED降壓控制器。由于LED紋波電流得到了有效的控制,輸出不需要濾波電容;高達(dá)1.4 MHz頻率下的工作,外圍可以使用小尺寸的被動(dòng)元件;通過(guò)外接電阻或線性降壓給芯片提供電壓,可以支持高壓輸入;支持脈寬調(diào)制(PWM)或模擬調(diào)光。模擬調(diào)光簡(jiǎn)單地調(diào)節(jié)LED串的DC電流,以改變LED的光輸出;而PWM調(diào)光則是改變LED串中恒定電流的占空比,以有效改變LED串中的平均電流,以此實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

NCL30161具有很多特色功能,如Vin輸入電壓范圍6.3 V至40 V,可外部擴(kuò)展至更高的輸入電壓;LED電流可通過(guò)外部電阻設(shè)定,可以在100%占空比工作;控制器不需要進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償,滯環(huán)控制可實(shí)現(xiàn)好的電源注入抑制和快速的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng);當(dāng)有多串LED(如RGB)時(shí),地端電流檢測(cè)可以采用多串LED如RGB共陽(yáng)連接,減少LED串的連線數(shù)量;單一管腳實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光和使能控制,調(diào)光范圍寬;支持輸出全陶瓷電容或無(wú)輸出電容設(shè)計(jì),使用很小的外部元件,節(jié)省空間和成本;完善的保護(hù)功能包括可調(diào)節(jié)的LED電流、LED短路保護(hù)和輸入欠壓保護(hù),以及過(guò)熱保護(hù)功能。

由于采用極少的外部元件,NCL30161是汽車、工業(yè)和通用照明的理想解決方案,市場(chǎng)和應(yīng)用包括LED驅(qū)動(dòng)器、恒流源、汽車照明、通用照明和工業(yè)照明。
 
圖2:NCL30161典型應(yīng)用降壓LED驅(qū)動(dòng)器
圖2:NCL30161典型應(yīng)用降壓LED驅(qū)動(dòng)器

圖2是NCL30161的典型應(yīng)用降壓LED驅(qū)動(dòng)器的框圖??梢钥吹剑琇ED直接連接到輸入電壓,電流通過(guò)連接到地端的RSENSE設(shè)置;PWM調(diào)光和使能控制通過(guò)芯片的DIM/Enable腳實(shí)現(xiàn);ROT用來(lái)設(shè)置初始關(guān)斷時(shí)間。

這是一個(gè)平均電流滯環(huán)控制倒置Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),外置MOSFET可以實(shí)現(xiàn)大電流LED驅(qū)動(dòng),連續(xù)電流模式不需要輸出電容;工作頻率高達(dá)1.4 MHz,可以通過(guò)外部電感進(jìn)行調(diào)整。

圖3是NCL30161內(nèi)部框圖,它由7個(gè)部分組成:內(nèi)部LDO部分把輸入的高電壓變?yōu)? V穩(wěn)壓,為內(nèi)部邏輯供電,包括外部MOSFET的驅(qū)動(dòng);PWM調(diào)光和使能控制部分;MOSFET驅(qū)動(dòng)部分;內(nèi)部比較器峰值電流檢測(cè)部分,比較電壓為220 mV;谷值電流檢測(cè),內(nèi)部設(shè)定在180 mV;LED短路檢測(cè);關(guān)斷時(shí)間調(diào)整。

圖3:NCL30161內(nèi)部框圖
圖3:NCL30161內(nèi)部框圖
下頁(yè)內(nèi)容:NCL30161的設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)
[page]

NCL30161的控制邏輯如下,通過(guò)檢測(cè)LED的峰值和谷值電流,可以實(shí)現(xiàn)LED電流的滯環(huán)控制,LED的紋波電流控制在平均電流的±10%以內(nèi),由于同時(shí)控制LED的峰值電流和谷值電流,LED的平均電流恒定,不隨輸入電壓和串聯(lián)LED數(shù)量的變化而變化。MOSFET開(kāi)通時(shí),LED電流增加到達(dá)峰值電流220 mV時(shí),MOSFET關(guān)斷;MOSFET關(guān)斷時(shí),LED電流下降,內(nèi)部關(guān)斷時(shí)間定時(shí)器決定關(guān)斷時(shí)間,達(dá)到定時(shí)時(shí)間,MOSFET開(kāi)通時(shí)檢測(cè)谷值電流并根據(jù)檢測(cè)到的谷值電流調(diào)整下一次關(guān)斷時(shí)間,穩(wěn)態(tài)時(shí)谷值電流被控制在180 mV。

在圖4中右側(cè)可以看到NCL30161的典型電流波形,紅色為MOSFET開(kāi)通時(shí)的電流路徑;綠色為MOSFET關(guān)斷時(shí)的電流路徑;右側(cè)最下面是LED電流波形,可以看到它是連續(xù)的,且紋波電流在±10%以內(nèi)。
 圖4:電流波形
圖4:電流波形

由于MOSFET關(guān)斷時(shí)沒(méi)有電流,地端的電流檢測(cè)電阻無(wú)法檢測(cè)到電流,因此需要關(guān)斷時(shí)間設(shè)定電阻ROT來(lái)設(shè)置初始的關(guān)斷時(shí)間,關(guān)斷時(shí)間設(shè)定電阻只在啟動(dòng)的時(shí)候起作用,啟動(dòng)結(jié)束后由內(nèi)部時(shí)間關(guān)斷定時(shí)器來(lái)控制關(guān)斷時(shí)間。選擇電阻值ROT時(shí),首先利用等式(1)計(jì)算關(guān)斷時(shí)間;然后利用(2)計(jì)算電阻值:

圖文解析高效LED燈串驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì):利用安森美LED驅(qū)動(dòng)器  (1)
圖文解析高效LED燈串驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì):利用安森美LED驅(qū)動(dòng)器  (2)

圖5是NCL30161典型應(yīng)用的能效曲線。其外部MOSFET是安森美半導(dǎo)體的60 V NTTFS5826。左圖是300 mA輸出時(shí)不同LED數(shù)的效率曲線;右圖是1 A輸出時(shí)不同LED數(shù)的效率曲線,可以看到整個(gè)效率是比較高的。
 圖5:NCL30161典型應(yīng)用能效
圖5:NCL30161典型應(yīng)用能效

PWM調(diào)光功能可以通過(guò)DIM/EN腳實(shí)現(xiàn);圖6中左圖是PWM調(diào)光占空比和輸出平均電流的曲線,可以看到PWM占空比和輸出電流的線性度很好。右圖是PWM調(diào)光信號(hào)高/低時(shí)LED電流的變化,可以看到電流的波動(dòng)范圍很小。NCL30161也可以通過(guò)在CS腳的R7加入一個(gè)直流偏置電壓信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)光。這樣,施加的模擬電壓不同,LED電流就會(huì)變化,從而實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)光,如圖7。
 
圖6:PWM調(diào)光
圖6:PWM調(diào)光
 圖7:模擬調(diào)光
圖7:模擬調(diào)光
 
下頁(yè)內(nèi)容:多串LED的連接和降壓/升壓控制
[page]
由于NCL30161是在輸入端連接LED串(電流檢測(cè)在地端)),在連接多串LED時(shí),LED串的陽(yáng)極可以共用一條母線,LED串連線數(shù)為n+1;而上端檢測(cè)LED電流的方式需要2n的連線數(shù)量,如圖8。
 圖8:多串LED的連接
圖8:多串LED的連接

如果應(yīng)用的輸入電壓范圍超過(guò)芯片的40 V耐壓,在要擴(kuò)展輸入電壓范圍時(shí),可以在Vin端串聯(lián)電阻或增加線性調(diào)節(jié)器,圖9中使用了一個(gè)三極管、一個(gè)穩(wěn)壓管和一個(gè)電阻,將芯片Vin的電壓限定在40 V以下為芯片Vin供電;功率輸入部分的電壓可以高于40 V,如75 V,如圖9。這時(shí),可以選用高耐壓的MOSFET來(lái)滿足高壓輸入的要求。

圖9:擴(kuò)展輸入電壓
圖9:擴(kuò)展輸入電壓

NCL30161除了可以實(shí)現(xiàn)降壓控制之外,還可以實(shí)現(xiàn)升壓控制,圖10是其典型電路。當(dāng)沒(méi)有R7時(shí),NCL30161可以在恒流輸入狀態(tài)工作,加入前饋電路R7后可實(shí)現(xiàn)恒功率輸入升壓控制。
 
圖10:恒功率輸入升壓控制
圖10:恒功率輸入升壓控制
下頁(yè)內(nèi)容:NCL30160的不同之處
[page]
NCL30160的不同之處

除NCL30161以外,安森美半導(dǎo)體還為驅(qū)動(dòng)大功率LED新推出一款NFET遲滯降壓、恒流高亮度LED驅(qū)動(dòng)器NCL30160。這個(gè)新一代高能效的解決方案集成了MOSFET,電流提升到了1.5安培,損耗非常低,體積也更小,可最大限度地減少空間和成本,并集成了多種保護(hù)功能。

這款器件接受6.3 V至40 V輸入電壓,利用集成的1 A/50 mΩ低導(dǎo)通阻抗內(nèi)部MOSFET及以100%占空比工作的能力,能夠提供能效高達(dá)98%的方案。由于集成MOSFET耐壓僅為40 V,因此NCL30160只適合于40 V以下輸入、1.2 A以下的應(yīng)用。與NCL30161相同,其最高1.4 MHz的高開(kāi)關(guān)頻率使設(shè)計(jì)人員可采用更小的外部元件,將電路板尺寸減至最小,成本降至最低。圖11是NCL30160的內(nèi)部框圖。
 圖11:NCL30160內(nèi)部框圖
圖11:NCL30160內(nèi)部框圖

NCL30160為區(qū)域照明及路燈等講究高能效、高亮度的中大功率LED通用照明應(yīng)用提供了極佳的方案,同時(shí)適用于MR16 LED燈泡等住宅應(yīng)用。

圖12是NCL30160連接不同LED數(shù)和不同電流時(shí)的能效曲線??梢钥吹?,其能效是非常高的。

 圖12:NCL30160典型應(yīng)用能效
圖12:NCL30160典型應(yīng)用能效

安森美半導(dǎo)體還為上述器件提供輔助設(shè)計(jì)工具和支持,包括Excel表格工具、評(píng)估板和24 V LED燈條應(yīng)用注釋。在Excel表格設(shè)計(jì)工具中,工程師只需要填入輸入電壓、輸出LED的數(shù)量、LED的壓降和LED的數(shù)量,即可自動(dòng)計(jì)算出所需的結(jié)果,非常快捷方便。
要采購(gòu)LED驅(qū)動(dòng)器么,點(diǎn)這里了解一下價(jià)格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉