基于一种中等电压LED照明的驱动器设计方案

许多中等电压LED应用都是采用离线AC-DC电源、电池或有低电压AC输出的电子变压器供电。但一些这样的电源，如铅酸蓄电池，只经过了简单的稳压。因此，需要有一个可以在宽输入电压范围工作，并可以用各种拓扑结构配置的LED驱动器解决方案，以支持LED负载要求。根据LED的电流和工作条件，可以采用线性或开关稳压器LED驱动器解决方案。安森美半导体为中等电压LED应用提供多种拓扑结构的解决方案，可满足景观照明、低压轨道灯、太阳能供电照明、汽车照明、紧急车辆照明、船舶照明、12 Vac/Vdc MR16灯、飞机内饰照明、标志背光、广告牌文字电路和标志等各种通用照明需求。

中等电压LED通用拓扑结构及电源

中等电压LED照明应用需要优化的驱动器方案。安森美半导体提供电感型、电荷泵型、线性三种不同拓扑结构的中等电压LED驱动器方案，可满足用户不同的应用需求，见图1。

图1：LED景观照明示例

图2：三种拓扑结构示例

中等电压LED应用的电源有几种，各有其主要用途。其中，离线AC稳压适配器，常见电压为12、24、36、48 Vdc，稳压精度达±5%，适合安全要求不高的低到中等功率的应用。密封铅酸蓄电池，只经过简单的稳压，8至14 Vdc，广泛用于汽车照明；7-27 Vdc，用于汽车、太阳能、船舶照明。12 Vdc及12 Vac电源，常见于室内照明、轨道灯、户外照明、景观照明等。

1)线性LED驱动器解决方案

线性解决方案是许多照明应用的首选方法，因为其设计既简单，又直观，并允许用精密稳流的电流驱动LED，而不必考虑LED正向电压或输入电源如何变化。

因为这类LED驱动器是线性的，必须匹配应用的功耗要求。安森美半导体提供电流从10 mA直至1 A的各种恒流线性LED驱动器。通道输出电流为10至50 mA的有NSI50010Y、NSI45020JZ、NSI45020、NSI45020A、NSI45025、NSI45025A、NSI45025AZ、NSI45025Z、NSI45030、NSI45030A、NSI45030AZ、NSI45030Z、NSIC2020B、NSIC2030B、NSIC2050B和NCV7680；60至350 mA的有NSI45060JD、NUD4011、NSI45090JD和CAT4104；还有更大通道输出电流的NUD4001(500 mA)和CAT4101(1000 mA)。

图3：NSI45应用电路

以线性恒流稳流器NSI45系列为例，这是双端或三端线性恒流稳流器，基于安森美半导体正待批专利的自偏置晶体管技术，非常适合不同输入电压的广泛LED应用，如驱动建筑物、汽车及工业标识牌LED照明应用中的电流。它可以在宽输入电压范围工作，为工程师提供适合他们应用的简单、高性价比稳流方案，且不会牺牲性能。该恒流稳流器系列可在宽范围内稳流，确保工作电压范围内的恒定亮度，且具有负温度系数特性，在极端的电压和工作温度下保护LED免受热失控(thermal runaway)影响。

NSI45的另一个典型应用是用作显示屏和广告牌文字电路的恒流稳流器线性LED驱动器。其特点包括低启动电压，无论正向电压（Vf）如何变化都可以实现精密稳流，具有负温度系数特性，可以保护LED。

图4：NSI45显示屏和广告牌文字电路应用示例

2) LED MR16灯泡解决方案

NCL30100是一款降压LED驱动器控制器，具有高能效、峰值电流控制自适应固定关闭时间，可用于空间及高能效至关重要的低功率及空间受限的应用。该方案具有振荡频率可调节特性，采用连续导电模式(CCM)，可以省去输出电容，能效高达95%，并提供自然的LED开路保护。

该驱动器控制器开关频率高达700kHz，不需要输出电容，Vcc工作范围从6.35至18 V，可驱动一个或多个大功率LED，主要用在MR16 LED照明、环境灯照明、太阳能LED、交通照明、室外照明和LED光条等应用。采用NCL30100的PCB非常小巧，可以装入MR16灯的灯座内。NCL30160的迟滞控制特性可在负载瞬期间提供快速的响应，无需小型信号控制环路补偿元件。保护特性包括可利用电阻设定LED电流、LED短路保护、欠压锁定及热关闭。

使用NCL30100可利用负电流感测，用小型电感降低功率损耗，实现低成本、高能效及元件数量少的应用。该器件采用低侧N-FET开关拓扑结构，以及连续导通模式操作，无需输出电容。因此，采用安森美半导体提供的评估板NCL30100ADLMGEVB和NCL30100ASLDGEVB可以将电路放进MR16灯座内，后者还可以实现PWM调光。

图5：NCL30100 LED驱动器控制器电路

图6：NCL30100评估板

另外，对于3至4个LED模块的12 V AC-DC设计，可以使用安森美半导体为NCP3065提供的评估板NCP3065BBGEVB。它可以用来驱动12 Vac/Vdc应用中的夏普ZENIGATA、Cree XLampMC-E及其他LED模块。由于模块正向电压与输入电压范围重叠，因此只使用一个开关降压-升压型配置。其特点是小尺寸、宽输入和输出工作电压，输出电流经过稳流，还具有LED开路保护、输出短路保护能力。该解决方案适用于MR16灯泡、景观照明、交通照明等。

图7：降压-升压MR16灯用LED及参考设计演示板

3)太阳能供电LED路牌解决方案

NCL30160是一款用于大功率LED的开关稳压器，采用基于NCL30051的电源所提供的恒定电压去降低电压，从而为LED串提供恒定电流。通过利用仅30 mΩ的低导通阻抗内部MOSFET及以100%占空比工作的能力，能够提供能效高达98%的方案。

该器件以6.3V至40V的输入电压范围工作，开关频率高达1.4 MHz，是工业及汽车应用的极佳方案。高开关频率使设计人员可采用更小的外部元件，帮助将电路板尺寸减至最小及成本降至最低。NCL30160包含迟滞控制特性，在负载瞬态期间提供快速的响应，无需小型信号控制环路补偿元件。保护特性包括可利用电阻设定LED电流、LED短路保护、欠压锁定及热关闭。此外还有专用PWM调光引脚/低功耗关闭功能。

NCL30051与NCP30160IC在一起搭配工作，可以最少的外部元件简化电源电路设计。这种架构使芯片组能够集成在更紧凑及更高性价比的LED照明电源中，用于户外照明(如LED路牌、街灯、停车场灯)等通用照明应用。

图8：太阳能供电LED路牌及驱动方案

推动LED替代白炽灯进程

根据国家发改委等部门联合印发的《关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告》，安森美半导体利用电源管理、高能效电源及封装方面的核心专长及优势，开发的针对不同应用领域的专用LED驱动器，以及符合或超越世界各地的规范要求的固态照明方案，为实现照明革命提供了丰富的选择，并将在这一进程中起到积极推动的作用。
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