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通用照明市场中LED驱动挑战暨安森美半导体解决方案

上传人:未知

上传时间: 2008-11-26

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  由于系统中需要使用的LED数量常常不止一个,这就涉及到对LED进行配置的问题。一般而言,强烈建议驱动单串LED,因为这样能够提供最佳的电流匹配,而与正向电压变化或输出电压“漂移”无关。当然,用户也可以并联或串联、并联交叉连接等方式来配置LED。如果采用并联配置,电路就需要“匹配的”LED正向电压;如果某个LED失效开路,其它LED可能会被过驱动。相应地,采用多路并联或串联、并联交叉连接技术,可用于尝试减轻发生故障的风险。

  LED驱动应用示例

  根据具体应用的不同,LED可能会采用不同的电源来供电,如交流线路、太阳能板、12V汽车电池、直流电源或低压交流系统,甚至是基于碱和镍的电池或锂离子电池等。

  1)采用交流离线电源为LED供电

  在采用交流离线电源为LED供电的应用中,涉及到众多不同的应用场合,如电子镇流器、荧光灯替代、交通信号灯、LED灯泡、街道和停车照明、建筑物照明、障碍灯和标志等。在这些从交流主电源驱动大功率LED的应用中,有两种常见的电源转换技术,即在需要电流隔离(galvanic isolation)时使用反激转换器,或在不需要隔离时使用较为简单的降压拓扑结构。

  在反激转换器方面,根据输出功率的不同,可以采用安森美(ON)半导体的不同反激转换器。例如,安森美半导体的NCP1013适合于功率高达5W(电流为350mA、700mA或1A)的紧凑型设计应用,NCP1014/1028可以提供高达8W的连续输出功率,而NCP1351则适合于大于15W的较大功率通用应用。

  以NCP1014/1028为例,这是安森美半导体推出的离线式PWM开关稳压器,具有集成的700 V高压MOSFET,均采用350mA/22Vdc变压器设计及700mA/17Vdc配置,输入电压范围为90至265Vac,具有输出开路电压钳位、采用频率抖动减少电磁干扰(EMI)信号以及内置热关闭保护等特性,适合于LED镇流器、建筑物照明、显示器背光、标志和通道照明及作业灯等应用。值得一提的是,这设计具有开路输出保护功能,会在开路时将输出钳位至24V电压。在这设计中,电流和开路电压能够通过简单地改变电阻/齐纳二极管组合来调整。值得一提的是,如果针对230Vac交流线路使用另一种可选变压器,则NCP1014能够提供高达19W的功率,NCP1028能够提供高达25W的功率。

  2)采用宽输入范围的直流-直流(DC-DC)电源为LED供电

  有一系列高亮度LED应用工作在8至40VDC范围的电源,这些电源包括铅酸电池、12-36VDC适配器、太阳能电池以及低压的12和24VAC交流系统。这类的照明应用众多,如活动式照明、景观和道路照明、汽车和交通照明、太阳能供电照明,以及陈列柜照明等。

  即使目标是采用恒定电流驱动LED,首先要理解的事件就是应用的输入和输出电压变化。LED的正向电压由材料特性、结温度范围、驱动电流和制造容限决定。凭借这些信息,就可以选择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。而安森美半导体的NCP3065/3066是一种多模式LED控制器,它集成1.5A开关,可以设置成降压、升压、反转(降压-升压)/单端初级电感转换器(SEPIC)等多种拓扑结构。NCP3065/3066的输入电压范围为3.0至40V,具有235 mV的低反馈电压,工作频率可调节,最高250 kHz。其它特性包括:能进行逐周期电流限制、不需要控制环路补偿、可采用所有陶瓷输出电容工作、具有模拟和数字PWM调光能力、发生磁滞时内部热关闭等。

  为LED提供保护

  如前所述,LED是一种使用寿命极长的光源(可长达5万小时)。除了需要针对具体的LED应用选择适合的LED驱动解决方案,还需要为LED提供适当的保护,因为偶尔LED也会失效。其原因多种多样,可能是因为LED早期失效,也可能是因为局部的组装缺陷或是因瞬态现象导致失效。必须对这些可能的失效提供预防措施,特别是因为某些应用属于关键应用(故障停机成本高),或是安全攸关的应用(如头灯、灯塔、桥梁、飞行器、飞机跑道等),或是在地理上难于接近的应用(维护困难)等。

  在LED正常工作时,泄漏电流仅为近100μA;而在遭遇瞬态或浪涌条件时,LED就会开路,这时NUD4700分流保护器所在的分流通道激活,所带来的压降仅为1.0V,将带给电路的影响尽可能地减小。这器件采用节省空间的小型封装,设计用于1W LED(额定电流为350 mA@ 3V),如果散热处理恰当,也支持大于1A电流的操作。

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