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针对不同 LED 照明使用的安森美半导体电源解决方案

来源:http://www.sdsyue.com 责任编辑:觊时娱乐共羸欢乐 更新日期:2018-10-15 11:42

  针对不同 LED 照明使用的安森美半导体电源解决方案

  与传统的光源比较,发光二极管(LED)具有很多的长处,如作业电压低,能效高,很细巧并发生定向光。它们能够供给极广大的颜色以及白光,不发生红外(IR)或紫 外(UV)辐射,并且因为它们是固态器材,在机械上很强固,并且不含汞,在恰当设 计和运用时能够具有超越 5 万小时的作业寿数,远善于规范白炽灯的 1 千小时寿 命。此外,它们还彻底可调光。这些长处使得 LED 的运用越来越广泛,现在已具有 很多的运用商场,如修建景象照明、交通信号灯、显现屏、零售、中小尺度液晶显 示屏(LCD)背光、轿车和太阳能等,并在大街照明、住所照明甚至中大尺度 LCD 背 光方面具有越来越大的开展空间。

高亮度 LED 关于照明规划、全球动力节约和立异产品具有重大意义,对催生固态照 明革新至关重要。这种革新需求一种整体性的途径,在这其间,LED 与电源变换和操控电子器材以及热办了解决计划和光学器材集成在一起。

LED 照明运用的电源解决计划

如上所述,LED 本质上是低电压器材;依据颜色和电流的不同,LED 的正向电压介 于缺乏 2 V 至 4.5 V 之间。此外,LED 需求选用恒定电流来驱动,然后保证取得所 需的发光亮度和颜色。这就需求相应的电源变换和操控解决计划能够习惯不同的电 源,无论是沟通线路、太阳能板、12 V 轿车电池、直流电源或低压沟通体系,甚 至是依据碱和镍的电池或锂离子电池。

作为一家全球抢先的高能效电源半导体供货商,安森美半导体专心于运用自身的低 电压和高电压技能以及在电源办了解决计划方面的特长来应对 LED 照明所面对的应战:无论是便携显现产品、轿车内部照明或 LED 信号灯的镇流器。鄙人文中,咱们将结合LED 照明的多种不同运用,如修建、工业、轿车和便携运用等,评论安森美半导体相应的驱动电源解决计划。

1) 可集成最高 700 V 高压 FET 的离线型 AC-DC 开关电源解决计划

  安森美半导体在将电源从沟通主电源变换为功率等级在几瓦至几百瓦规模之间、合适多种不同运用的可用动力方面具有丰厚的经历。安森美半导体开发出了结合高压 开关晶体管和中等电压模仿电路的极高压集成电路(VHVIC),针对广大的功率需求 供给集成了高性价比解决计划。安森美半导体供给多种固定频率操控器和变换器, 将电压高至 700 V 的高压场效应管(FET)集成至简略、经济、元件数量少的解决计划之中。

这类解决计划包括三个方面:

  单片沟通-直流(AC-DC)恒流驱动器,功率规模在 5 至 15 W 之间,如 NCP1013、NCP1014 和 NCP1028 等。
NCP 系列离线操控器,一起包括阻隔型和非阻隔型,功率高达 150 W。安森 美半导体供给用于大街照明、具有单段式功率因数校正器(PFC)的参阅规划。
PFC 解决计划

关于功率低于 25 W(230 Vac)的较低功率运用而言,最常用的是集成电源开关稳压 器,因为它能够将元件数量减至最少。高于这个功率规模,则能够运用操控器,因 为操控器为规划人员在挑选这种运用最合适的高压 FET 方面供给灵活性。操控器既 可用于阻隔运用,也可用于非阻隔运用,而安森美半导体供给多种不同的增值特 性,答应规划人员针对其详细规划要求优化规划。

图 2 显现的是安森美半导体 NCP1351 离线式 LED 驱动器参阅规划。这参阅规划的输 入功率规模介于 85 至 265 Vac 之间,具有尺度小、本钱低、杰出线路稳压等特 性,在 20 W 负载具有 80%的高能效,并集成了过载维护和短路维护等安全特性, 最大尺度仅为 125×37×35 mm。

  IEC1000-3-2 规范设定了约束注入至沟通线路中谐波的规范。就照明运用而言,如 果输入功率大于 25 W(C 类),这个规范就会适用。此外,即便在某些地区并不要求 遵照这项 IEC 规范,也可能对最低功率因数提出要求。这样一来,这些运用中就需 要前端 PFC 操控器。添加这样一个段会导致契合能效和空间等其它体系要求方面的 困难,除非作出正确的挑选。


走运的是,安森美半导体深刻了解这些应战,具有立异的 PFC 操控器产品阵型,契合规划人员对简略、紧凑和强固解决计划的希望。安森美半导体不只支撑传统的 2 段式运用,也推出了数款进一步简化规划的共同解决计划,如 NCP1651 单段式反激 操控器。

NCP1651 在单芯片解决计划中集成了功率因数校正和变换器,带有外部 FET,答应 依据所需功率完成可扩展的解决计划。NCP1651 具有阻隔型降压功用,支撑接连或 不接连形式操作,并支撑均匀电流形式操控(ACMC)和固定频率操控,其高精度乘法器可用于下降整体谐波失真(THD)。它还具有过温封闭和外部封闭等功用。这款单 段式 PFC 操控器合适于电子镇流器、街灯、交通信号灯和照明等运用。

  关于输入功率介于 25 W 和 60 W 之间的 LED 照明运用而言,能够选用 NCP1351 这样的 PWM 操控器;关于输入功率在 60 W 至 150 W 规模而言,PWM 操控器能够选用 NCP1271;输入功率在 150 W 至 300 W 规模的,能够选用 NCP1396 这样的 PWM 操控 器。而关于 25 W 至 300 W 的输入功率规模而言,都能够选用临界导电形式(CRM)的 PFC 操控器 NCP1606。

2) 宽输入规模的中等电压 LED 运用 DC-DC 电源解决计划

  除了便携供电运用,还有一系列高亮度 LED 运用作业在 8 至 40 VDC 规模的电源,这些电源包括铅酸电池、12-36 VDC 适配器、太阳能电池以及低压的 12 和24 VAC 沟通体系。这类的照明运用很多,如活动式照明、景象和路途照明、轿车 和交通照明、太阳能供电照明,以及陈列柜照明等。

即便方针是选用恒定电流驱动 LED,首先要了解的事情就是运用的输入和输出电压改变。LED 的正向电压由资料特性、结温度规模、驱动电流和制作容限决议。凭仗 这些信息,就能够挑选恰当的线性或开关电源拓扑结构,如线性、降压、升压或降压-升压等。

  关于输入电压小于 40 V 的 LED 运用而言,假如输出电压小于输入电压,则挑选降 压拓扑结构。在此基础上,再依据输出电流来进行挑选。若输出电流大于 1.2 A, 则可选用规划用于为高亮度 LED 供电的 1.5 A 恒流开关稳压器 NCP3065。这器材具有额定值 235 mV 的极低反应电压,合适对 LED 串的均匀电流进行稳流。它具有高至 40 V 的较宽输入电压规模,使其能够作业在 12 Vac 或 12 Vdc 电源。NCP3065 还供给合适轿车级运用的版别—NCV3065。只需选用很少的外部元件(如 MOSFET 或低 VCEsat 开关),NCP3065 开关稳压器即可装备为降压、升压或 SEPIC 等拓扑结 构。这使得它还能用于电流小于 1.2 A 的运用。关于电流小于 1.2 A 的运用,还可 选用 NCP1215+MOSFET 来构成降压变换器。关于电流小于 500 mA 以及输入电压挨近 输出电压的运用而言,能够选用 NUD4001 这样的恒流线性驱动器。

  假如输出电压大于输入电压,则挑选升压拓扑结构。在此基础上,假如是低压电池 供电运用,则能够选用 NCP5005、NCP5604、NCP5608 和 NCP5050 这样的低压 LED 驱 动器;假如不是低压电池供电运用,再看其输出电压值,假如大于 40 V,相同可 以选用 NCP3065 开关稳压器,这时候 NCP3065 结合外部 NMOS MOSFET 装备为升压控 制器结构;不然,还要看开关电流来断定。假如开关电流大于 1.3 A,则选用结合 MOSFET 或低 VCEsat 开关、装备为升压操控器的 NCP3065;假如小于 1.3 A,选用 装备为升压变换器的 NCP3065。

  除了单纯的降压或升压拓扑结构,在某些环境下,也需求降压-升压拓扑结构,如 从规范电源输入端驱动 LED 串;此外,在输入电压和 LED 负载电压交叠的场合中使 用这种拓扑结构也很常见。而 NCP3065 也能够装备为降压-升压操控器。这种架构 需求 2 个电源开关。尽管 NCP3065 自身也包括 1 个电源开关,但咱们能够运用 1 个低 VCEsat PNP/NPN 对管来取得更高变换功率。这是一种可扩展的计划,整流器和 电源开关都能够依据详细的输入和输出电压以及电流电平来调整。值得一提的是, 比如 NSS40500UW3 这样的低 VCEsat 晶体管选用细巧的 2×2 mm 封装,供给极佳的 功用。

  图 4 所示的是功率最高达 12 W 的 NCP3065 降压-升压电路。这电路规划用于电流高达 0.7 A 的运用,输入电压规模可达 8 至 26 Vdc。输出电压 Vout 为 16 Vdc @ 700mA 和输入电压 Vin 为 13-26 Vdc 时,能效可达 72%至 80%。

LED 便携背光运用电源解决计划

  白光 LED 和 RGB 三色 LED 广泛运用于小尺度 LCD 面板和键盘的背光以及指示灯应 用。在手机和数码相机运用中,高亮度 LED 还可用作亮光灯电源。这些运用需求优 化的解决计划,不只要能够最大极限延伸电池运用时刻,一起还要最大程度减小PCB 占用面积和高度。

  在这类 LED 背光运用中,既能够选用线性稳压器,也能够选用开关稳压器,各有其 优势。线性稳压器结构比较简略、规划简略、本钱低、噪声低、尺度小、静态电流 低。而开关稳压器的能效较高,可达 70~85%。安森美半导体依据用户的运用需 求,供给多种类型的解决计划。在开关稳压器解决计划方面,就一起供给电感型和 电荷泵型这两种类型。详细而言,电感升压驱动器 NCP5005 , NCP5050 具有高能效 和高输出电压的优势,其能效高达 90%以上,并且大多能够驱动多达 5 个串联 LED(输出电压达 21 V)。此外,因为 LED 选用串联衔接,这种类型的器材也具有理 想的照明/电流匹配特性。因为无需电感,电荷泵型驱动器 NCP5602, NCP5612, NCP5623 有助于造就小型紧凑的解决计划,而这对运用中小尺度 LCD 的便携产品而 言显得犹为重要。这种类型的驱动器装备低本钱的电容和电阻,能够造就本钱更低 的解决计划。这种驱动器能够驱动 1 至 3 个 LED,合适于小型器材的背光运用。

  除了 LCD,有机发光二极管(OLED)这种新式显现技能近年来也开端运用在便携设备 甚至中大尺度平板电视之中。商场上开端呈现的是无源矩阵 OLED(PMOLED),因为 其驱动拓扑结构的原因,其显现尺度约束在 1.8 英寸及以下,常用于 MP3 播放器和 手机副屏之中。更新的有源矩阵 OLED(AMOLED)技能则没有显现尺度方面的约束, 它比 LCD 具有多项重要优势,如广大的视角、高对比度、极快的呼应时刻和纤薄的厚度,这得益于它消除了背光的需求。AMOLED 面板被用于手机的主显现屏及 MP3 播放器等。

  安森美半导体在商场上首先推出了专用的有源矩阵(AMOLED)面板稳压电源 IC— NCP5810D。NCP5810D 双输出直流-直流变换器在 1.75 MHz 振荡器频率下整个电源 能效高达 83%。它具有极佳的线路瞬态按捺才能,在 25 mA 电流时线路瞬态电压为5 mV。为了习惯 AMOLED 显现屏纤薄的外形,该变换器可变换至 1.75 MHz 的高频, 可运用体积较小的电感器和陶瓷输出电容器。其 0.55mm 厚的超薄封装,使NCP5810D 适用于最薄的便携式产品规划中。此外,它在关机形式下的断电功用, 将走漏显现电流约束在 1 微安,节约了关机状态下的电池电源。NCP5810D 还具有 逐周期峰值电流约束和热关机维护功用。 NCP5810D 选用超薄的3.0mm×3.0mm×0.55mm LLGA-12 封装。

除了 LCD 背光和 AMOLED 电源运用,安森美半导体还推出面向相机亮光运用的 LED 驱动 IC,如 NCP5680 等。以 NCP5680 为例,这是一款带超级电容(supercap)的双 LED 亮光驱动器,能够以 2.5 A 或更高电流驱动 2 个高亮度 LED。它选用 I2C控 制,具有内置亮光序列。它的感光功用在亮堂环境下能够约束亮光时刻,然后节约 电能。这器材运用超级电容来支撑音频等其它大峰值电流的电路,还具有短路维护等维护功用。这器材于 2008 年 7 月开端量产。

总结

  凭仗着作业电压低、能效高、颜色丰厚、发生定向光、无汞等很多优势,LED 技能 在修建、交通、轿车、太阳能、LCD 背光、轿车和住所照明等范畴取得越来越广泛 的运用。作为全球抢先的高能效电源解决计划供货商,安森美半导体供给丰厚的 LED 驱动电源解决计划产品系列,满意从高压离线型 AC-DC 开关电源到宽输入规模 的中等电压 LED 电源以及便携产品背光和亮光驱动运用的广泛需求,并供给一些相关的参阅规划,协助客户缩短开发时刻,加速产品上市进程。
(修改:光亮)

  

   LED安森美NCP1013NCP1014NCP1028 NCP1651PWM

   


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