淺談恩智浦LED驅(qū)動IC SSL2101性能及應用電路

LED在電子系統(tǒng)中使用已經(jīng)有很多年了，主要用作電子設備的指示燈。推動LED照明市場發(fā)展的關(guān)鍵推動力是高亮度LED和智能LED控制器的出現(xiàn)。采用高亮度LED的產(chǎn)品設計師面臨的主要設計挑戰(zhàn)包括散熱管理、驅(qū)動方案、拓撲架構(gòu)和已有的基礎設施。要替代現(xiàn)有的可調(diào)光白熾燈或鹵素燈光源，必須實現(xiàn)這樣的一個電子燈驅(qū)動系統(tǒng)，它不僅可以與現(xiàn)有的調(diào)光開關(guān)一起工作，而且可復制現(xiàn)有光源的調(diào)光性能。

NXP(恩智浦)SSL2101IC可以滿足上述性能要求。此外，它還是一種高效的電源轉(zhuǎn)換器。這是業(yè)內(nèi)第一款集成這些能力的IC,它使得高亮度LED燈設計師能夠以一種省成本和體積的方式集成電子電路，并從最佳熱權(quán)衡中獲益。

NXPSSL2101介紹

現(xiàn)有的LED路燈和家庭普通LED照明解決方案基本上都分為兩個部分，一部分是將220V市電轉(zhuǎn)換到24V或48V的AC-DC電源適配器，另一部分是對LED提供驅(qū)動電流的LED升壓控制器。這一分立解決方案不僅所需元器件多，而且要占用相當大的空間。為了解決這些缺點，NXP開發(fā)出了集成單芯片解決方案SSL2101.它也是世界首款集成可調(diào)光市電LED驅(qū)動器。

恩智浦SSL2101是一款小尺寸開關(guān)模式電源(SMPS)控制器IC,專為驅(qū)動LED設備而設計，并且提供可調(diào)光能力，以進一步改善LED照明的能效。

SSL2101可以驅(qū)動各種具有不同電源要求的照明系統(tǒng)，包括LED改良型燈具、LED模塊、LED聚光燈、射燈以及用于商店展示的LED燈串。

SSL2101具有的可調(diào)光能力為照明系統(tǒng)設計師設計更高能效的系統(tǒng)提供了不可多得的機會。這款高成本效益比器件具有高集成度，電子組件總數(shù)量少，電路板空間保持最小，同時使設計師能充分利用LED可調(diào)光特性的優(yōu)勢。

NXPSSL210X框圖介紹

●集成了高壓MOSFET,利于減少布板空間

●集成了調(diào)光電路，利于減少布板空間并且參數(shù)調(diào)整靈活

SSL2101與當今照明基礎設施完全兼容，可以直接采用整流市電電源并結(jié)合相位調(diào)光器工作。SSL2101含有高壓電源開關(guān)，可以直接從整流市電電壓啟動，因而無需外部啟動電路。為支持調(diào)光能力，SSL2101包含兩個集成高壓開關(guān)用于分壓器操作，以及一個輸入，用于感應實時燈具功率，并在需要時激活附加分壓器工作。

SSL2101還能在一塊芯片上提供非隔離(降壓)與隔離(回掃)解決方案。它有一個附加輸入，可以用來檢測電感組件的退磁，確保磁性材料得到充分利用，防止電流硬開關(guān)。該器件的內(nèi)置電路可以用來降低電容性接通損耗，優(yōu)化谷底開關(guān)效率，使SSL2101在低功率水平時能進行高效功率轉(zhuǎn)換。SSL2101使用接通時間模式和頻率模式來控制LED亮度。頻率變化控制與接通時間控制二者相結(jié)合，產(chǎn)生與白熾燈相似的調(diào)光曲線。兩種控制方法的使用還使設計師能降低峰值電流，幫助減小變壓器或電感器的聲頻噪聲。

這款I(lǐng)C透過散熱增強封裝和內(nèi)置過熱保護功能(OTP)提供可靠且安全的散熱解決方案。它還具有短繞組保護(SWP)和過流保護(OTP)功能，符合有關(guān)安全與功率因子的法規(guī)要求。

NXPSSL2101主要功能特點

SSL2101是一個采用SO16封裝的多芯片模組(MCM)，它包含一個高效率的電源轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部電路來實現(xiàn)市電調(diào)光兼容性，與現(xiàn)有解決方案相比，它具有以下優(yōu)點：

◆集成電源開關(guān)：這可減小元器件成本，并確保最優(yōu)的驅(qū)動和開關(guān)保護。

◆谷值檢測：這一特性可降低轉(zhuǎn)換器損失，因為開關(guān)可在最佳的時間點閉合。

◆集成bleeder開關(guān)和比較器：這可減少元器件數(shù)量和尺寸。

◆智能bleeder操作：SSL2101可檢測到何時不需要bleeder操作(如LED鏈提供足夠的負載)，這可減少功耗和增加系統(tǒng)效率。

◆增強的散熱引腳設計：這可增加SSL2101的壽命，并允許它在更高的環(huán)境溫度下正常工作。對于替代解決方案，電子器件在更高溫度下的壽命是一個關(guān)鍵的參數(shù)。

◆基于占空比和轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率的調(diào)光：這允許設計師有更大的自由度去定義參數(shù)值，這使得設計師可以通過調(diào)節(jié)控制調(diào)光系統(tǒng)的參數(shù)，實現(xiàn)更精確的低亮度調(diào)光，以及消除音頻變壓器噪聲。

◆對數(shù)調(diào)光校正：這使得LED的調(diào)光行為可以與白熾燈或鹵素燈一模一樣。

◆內(nèi)建的過熱保護、過流保護、短路檢測和最大占空比限制：這些特性確保了SSL2101的高可靠性，即便在極端工作條件下也是一樣。

LED特性

LED需要一個與白熾燈或鹵素燈完全不同類型的驅(qū)動器。白熾燈表現(xiàn)為具備自穩(wěn)定特性的純電阻負載，LED則需要一個電流源。LED產(chǎn)生的光通量近似正比于流經(jīng)該器件的電流。LED的正向電壓隨電流增加而增加，但隨溫度的上升而減少。在這方面，LED表現(xiàn)得象二極管。不過，在工作期間LED的正向電壓(VF)是很大的。該電壓與電子轉(zhuǎn)化為光子時產(chǎn)生的能量(eV)相關(guān)，該能量又直接相關(guān)于光的顏色。此外，不同生產(chǎn)批次之間的VF值可以相差很大。

串行/并行配置

在大多數(shù)用LED替代現(xiàn)有光源的應用中，需要連接多個LED到驅(qū)動器上，因為單一的LED不能產(chǎn)生足夠的光通量。LED可以采用串行或并行連接。如果LED采用串行連接，LED鏈上的總電壓等于正向電壓的總和(所有LED上的電流相等)。如果LED并行連接，電流將分配到各支路中。不過，由于一個LED的正向電壓會隨著溫度上升而下降，因此這一配置本質(zhì)上是不穩(wěn)定的。隨著溫度的升高，越來越多的電流將流到具有更低正向電壓的支路上去，這些支路將變得更亮，而那些具有更高正向電壓的支路將變得更暗。

不過，采用并聯(lián)配置(或串并聯(lián)組合)的一個原因是，它允許大量的LED以一個安全的電源電壓結(jié)合在一起，而如果要采用串行連接來達到相同的亮度，可能需要一個高得令人無法接受的電壓。

并行配置還提供了其他優(yōu)勢，如果一個串行連接的LED鏈上一個LED或連接出現(xiàn)問題，那么將導致斷路，整條鏈上的所有LED都將不發(fā)光。但如采用并聯(lián)配置的話，這情況將不可能發(fā)生。采用并聯(lián)配置時，建議每條支路都增加電流調(diào)節(jié)機制，以防止熱失控和電流或光的不相等。

總而言之，當輸出和輸入電壓差最小時，電源轉(zhuǎn)換器的效率最高。當采用市電輸入的LED驅(qū)動器時，允許產(chǎn)生更高的輸出電壓，從而允許串行連接更多的LED。

市電調(diào)光

標準工業(yè)和家用調(diào)光器設計用于白熾燈，一些較先進的型號可與連接到鹵素燈的變壓器一起使用。目前專門針對LED負載的市電調(diào)光器仍然很罕見。

購買和安裝一個新的專用調(diào)光器的成本可以很容易就超過光源本身，因此一個可與現(xiàn)有調(diào)光基礎設施一起工作的LED照明系統(tǒng)(如基于恩智浦SSL2101構(gòu)建的系統(tǒng))，將打開這個具有龐大潛力和空間市場的大門。

由于現(xiàn)有的調(diào)光器被設計用于白熾燈(近似電阻負載，功率大多在20W和50W之間)，因此需要一些額外的電路才能允許它們用于LED照明系統(tǒng)。目前市場上還沒有白熾燈調(diào)光器標準，因此目前市場上有大量不同性能和參數(shù)值的市電調(diào)光器。

NXPSSL2101DEMO介紹

目前我們應用該調(diào)光IC已制作完成LED調(diào)光球泡燈DEMO,同時配合使用三星2瓦LED光源(2瓦LED光通量達到150LM)，它能利用現(xiàn)有的調(diào)光系統(tǒng)，對LED球泡燈實現(xiàn)0%-100%范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)，效率達到70%以上。該電源驅(qū)動三顆2瓦三星LED,總功率達6瓦(輸入電壓：220V,輸出：0.18A/30V)。

NXPSSL2101加速壽命測試超過7,000小時

SSL2101正通過一項業(yè)內(nèi)運行時間最長的加速壽命測試，測試自2008年12月開始，以零故障運行。截至目前，該測試運行時間已達7,000小時并仍在繼續(xù)進行。半導體行業(yè)的傳統(tǒng)壽命測試程序通常以1,000小時測試時間為基準，此次測試遠遠超出了這一標準。

測試人員從標準生產(chǎn)的產(chǎn)品中隨機抽取一批SSL2101IC驅(qū)動器在高應力條件下進行測試，全部測試樣品在150°C的IC結(jié)點溫度下運行超過7,000小時之后仍保持了完整的功能性。測試過程中采取多項測試與不同設置來檢測在若干使用情況下的所有可能失效模式，其中包括持續(xù)開啟、開/關(guān)切換循環(huán)以及各種使用組合。根據(jù)壽命加速模型，SSL2101在真實照明應用中的推斷壽命估計如下：

●105°C條件下，壽命超過6萬小時

●115°C條件下，壽命超過3.5萬小時

●125°C條件下，壽命超過2萬小時

●150°C條件下，壽命超過7,000小時

NXPSSL2102介紹

它是最新LED集成市電調(diào)光驅(qū)動器IC,能支持25W最大功率，其深度調(diào)光能力可低至全光照強度的1%,并兼容多種調(diào)光器。尺寸小巧、高度集成、高能效的LED驅(qū)動器IC是小型密封LED照明燈具應用的理想選擇。

SSL2102適用于高能效和高功率因數(shù)LED照明燈具應用，其中包括：8W到15W的緊湊型應用;15W到25W的LED模塊，應用于諸如LED聚光燈和筒燈;以及最大功率達25W的商場專柜展示用LED燈串。

SSL2102的主要特點包括：

◆通過內(nèi)置對數(shù)調(diào)光曲線實現(xiàn)視覺自然調(diào)光

◆支持市場上大部分調(diào)光器(例如可控硅型、晶體管型)

◆集成度高，所需的外部元件很少

◆支持隔離和非隔離架構(gòu)的開關(guān)電源設計

◆擁有增強散熱功能的SO20寬體封裝

◆最佳能效谷底開關(guān)檢測

◆內(nèi)置解磁檢測

◆內(nèi)置過熱保護功能(OTP)

◆支持從整流市電電壓啟動作為一款集成調(diào)光控制器及開關(guān)電源模塊的LED驅(qū)動器IC,SSL2102與SSL2101功能相同，但支持功率更高，使客戶能夠?qū)⒁环N設計應用于功率額定范圍更廣的多種不同最終產(chǎn)品。

NXPSSL210X典型應用

NXPSSL210X次級邊恒流IC應用

●客戶希望電流精度較高的可以采用專門恒流IC

●恒流ICRT8456專門應用于LED恒流驅(qū)動

●恒流IC放置次級邊，不做二次DC/DC轉(zhuǎn)換，提高效能.