線性LED驅(qū)動(dòng)器創(chuàng)新方案及應(yīng)用
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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。
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(yáng)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。
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。[!--empirenews.page--]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。
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