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產業動態 利用安森美半導體LED驅動器設計高效LED燈串
采杰公關顧問股份有限公司 本新聞稿發佈於2013/08/06,由發布之企業承擔內容之立場與責任,與本站無關

安森美半導體還為上述元件提供輔助設計工具和支持,包括Excel表格工具、評估板和24 V LED燈條應用注釋。在Excel表格設計工具中,工程師只需要填入輸入電壓、輸出LED的數量、LED的壓降和LED的數量,即可自動計算出所需的結果,非常快捷方便。

 
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利用安森美半導體LED驅動器設計高效LED燈串

近年來,高亮度LED(HB-LED)的應用領域不斷增多,涵蓋從行動裝置背光、中大尺寸LCD背光、汽車內部及外部照明及通用照明等寬廣範圍。常見DC-DC LED照明應用包括景觀照明、內部低壓道路照明、太陽能供電照明、汽車照明、應用車輛照明、船舶應用、低壓鹵素類替代及飛機內部照明等。

安森美半導體提供DC-DC低功率LED照明應用的多款LED驅動器,涵蓋升壓、降壓以及升壓-降壓等不同拓撲結構。在此系列產品中,NCL30160和NCL30161是安森美半導體較新的兩款DC-DC LED驅動器。NCL30161 LED驅動器適合於寬電壓應用,它可通過平均電流控制使LED紋波電流控制在平均電流的10%,輸出不需要濾波電容,而且支持PWM或類比調光;還有一款轉換器NCL30160整合了MOSFET,同樣可最大限度地減少空間和成本。本文將重點介紹此兩款產品的關鍵特性及應用設計要點。

NCL30161的優勢和典型應用
NCL30161是一款平均電流磁滯控制模式高亮度LED降壓控制器。由於LED紋波電流得到了有效的控制,輸出不需要濾波電容;高達1.4 MHz頻率下的工作,週邊可以使用小尺寸的被動元件;通過外接電阻或線性降壓給晶片提供電壓,可以支持高壓輸入;支持脈衝寬度調變(PWM)或類比調光。類比調光簡單地調節LED串的DC電流,以改變LED的光輸出;而PWM調光則是改變LED串中恆定電流的占空比,以有效改變LED串中的平均電流,以此實現調光。

NCL30161具有很多特色功能,如Vin輸入電壓範圍6.3 V至40 V,可外部擴展至更高的輸入電壓;LED電流可通過外部電阻設定,可以在100%占空比工作;控制器不需要進行環路補償,磁滯控制可實現好的電源注入抑制和快速的負載瞬態回應;當有多串LED(如RGB)時,地端電流檢測可以採用多串LED如RGB共陽連接,減少LED串的連線數量;單一管腳實現PWM調光和使能控制,調光範圍寬;支持輸出全陶瓷電容或無輸出電容設計,使用很小的外部元件,節省空間和成本;完善的保護功能包括可調節的LED電流、LED短路保護和輸入欠壓保護,以及過熱保護功能。

由於採用極少的外部元件,NCL30161是汽車、工業和通用照明的理想解決方案,市場和應用包括LED驅動器、恆流源、汽車照明、通用照明和工業照明。

NCL30161的典型應用降壓LED驅動器,LED直接連接到輸入電壓,電流通過連接到地端的RSENSE設置;PWM調光和使能控制通過晶片的DIM/Enable腳實現;ROT用來設置初始關斷時間。


NCL30161內部由7個部分組成:內部LDO部分把輸入的高電壓變為5 V穩壓,為內部邏輯供電,包括外部MOSFET的驅動;PWM調光和使能控制部分;MOSFET驅動部分;內部比較器峰值電流檢測部分,比較電壓為220 mV;波谷電流檢測,內部設定在180 mV;LED短路檢測;關斷時間調整。


NCL30161的典型電流波形,紅色為MOSFET開通時的電流路徑;綠色為MOSFET關斷時的電流路徑;右側最下面是LED電流波形,可以看到它是連續的,且紋波電流在±10%以內。

由於MOSFET關斷時沒有電流,地端的電流檢測電阻無法檢測到電流,因此需要關斷時間設定電阻ROT來設置初始的關斷時間,關斷時間設定電阻只在啟動的時候起作用,啟動結束後由內部時間關斷定時器來控制關斷時間。選擇電阻值ROT時,首先利用等式(1)計算關斷時間;然後利用(2)計算電阻值:

(1)
(2)

NCL30161其外部MOSFET是安森美半導體的60 V NTTFS5826。左圖是300 mA輸出時不同LED數的效率曲線;右圖是1 A輸出時不同LED數的效率曲線,可以看到整個效率是比較高的。

PWM調光功能可以通過DIM/EN腳實現; PWM調光占空比和輸出平均電流的曲線,可以看到PWM占空比和輸出電流的線性度很好。PWM調光訊號高/低時LED電流的變化,可以看到電流的波動範圍很小。NCL30161也可以通過在CS腳的R7加入一個直流偏置電壓訊號來實現類比調光。這樣,施加的類比電壓不同,LED電流就會變化,從而實現類比調光。


由於NCL30161是在輸入端連接LED串(電流檢測在地端)),在連接多串LED時,LED串的陽極可以共用一條母線,LED串連線數為n+1;而上端檢測LED電流的方式需要2n的連線數量。


如果應用的輸入電壓範圍超過晶片的40 V耐壓,在要擴展輸入電壓範圍時,可以在Vin端串聯電阻或增加線性調節器,圖9中使用了一個三極管、一個穩壓管和一個電阻,將晶片Vin的電壓限定在40 V以下為晶片Vin供電;功率輸入部分的電壓可以高於40 V,如75 V,如圖9。此時,可以選用高耐壓的MOSFET來滿足高壓輸入的要求。

NCL30161除了可以實現降壓控制之外,還可以實現升壓控制。當沒有R7時,NCL30161可以在恆流輸入狀態工作,加入前饋電路R7後可實現恆功率輸入升壓控制。

NCL30160的不同之處
除NCL30161以外,安森美半導體還為驅動大功率LED新推出一款NFET遲滯降壓、恆流高亮度LED驅動器NCL30160。此新一代高能效的解決方案整合了MOSFET,電流提升到了1.5安培,損耗非常低,體積也更小,可最大限度地減少空間和成本,並整合了多種保護功能。

此款元件接受6.3 V至40 V輸入電壓,利用整合的1 A/50 mΩ低導通阻抗內部MOSFET及以100%占空比工作的能力,能夠提供能效高達98%的方案。由於整合MOSFET耐壓僅為40 V,因此NCL30160只適合於40 V以下輸入、1.2 A以下的應用。與NCL30161相同,其最高1.4 MHz的高開關頻率使設計人員可採用更小的外部元件,將電路板尺寸減至最小,成本降至最低。


NCL30160為區域照明及路燈等講究高能效、高亮度的中大功率LED通用照明應用提供了極佳的方案,同時適用於MR16 LED燈泡等住宅應用。

NCL30160連接不同LED數和不同電流時的能效曲線。可以看到,其能效是非常高的。

安森美半導體還為上述元件提供輔助設計工具和支持,包括Excel表格工具、評估板和24 V LED燈條應用注釋。在Excel表格設計工具中,工程師只需要填入輸入電壓、輸出LED的數量、LED的壓降和LED的數量,即可自動計算出所需的結果,非常快捷方便。

安森美半導體供稿

- 新聞稿有效日期,至2013/09/06為止


聯絡人 :張瑋倫
聯絡電話:(02)87734277
電子郵件:chloe_chang@accesspr.com.tw

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