分析通用市场中的高亮度LED驱动应用技术

        目前，最常见的白光LED是通过在蓝色的发光二极管上面涂上黄磷制成的。此外，还可以将红、绿、蓝三种光互相调配做成白色LED。LED的发展非常迅速，现在100L/W到120L/W的白光LED已经可以大量生产了。

        但是，LED驱动的发展也存在着很大的挑战，由于LED本身就是线性元件，因此目前主要面临的问题是：第一，正向电压随着电流和温度的变化而变化；第二，不同器件的正向电压会有差异；第三，"色点"会随着电流和温度的变化而漂移；第四，LED必须在规范要求的范围内工作，从而实现可靠工作。

        图1中展示的是LED驱动器的基本结构，最左侧为输入部分，驱动器中有两个重要的部分：一个是电源转换，包括非隔离型和隔离型两种；另一个是驱动器，它将输入电压转换成恒流来驱动LED。驱动器的主要功能就是在工作条件范围内限制电流，无论输入条件和正向电压如何变化。除了限流之外，在制作驱动器产品的时候，我们也要考虑它的效率、成本、尺寸等诸多因素。在效率方面，因为人的视觉系统会滤除电流纹波，所以如果开关频率达到100Hz至150 Hz，驱动器的"恒定"电流就不需要为直流电平，而是可以采用非线性电流来驱动LED。这样，不但可以提高效率，还可以简化电路。

图1：LED驱动器的基本结构

        离线应用

        典型的离线应用包括电子镇流器、荧光灯代替品、交通信号灯、LED灯泡、街道和停车照明、建筑物照明、标志等。

        图2是安森美公司NCP1014/28离线式第二代LED驱动器的电路图，其中，蓝色部分为恒定电流电路，此外还设有最高电压钳制电路，保证输出电压不会超出设计电压范围，确保安全。NCP1014是一款离线脉宽调制(PWM)开关稳压器，具有集成的高压MOSFET，当采用通用交流线路供电时，最高能够提供8 W的输出功率。其中，NCP1014 LED驱动器是完全隔离的交流-直流转换器，针对恒流应用进行了优化。NCP1014/NCP1028采用350 mA/22 V直流变压器设计及700 mA/17V的直流配置。需要说明的是，如果针对230 V交流线路使用另一种可选变压器，则该转换器能够提供高达19W（NCP1014）或25W（NCP1028）的功率。

图2：NCP1014/28离线式第二代LED驱动器

        在一些更大功率的应用中，如大于15W的设计，一般单芯片驱动器会有功率限制，所以可以考虑用分立的方法来实现。在图3的应用中，用NCP1351加上一个新的MOSFET，做成一个驱动器，它能支持350 mA至1 A的恒流。在设计中应用NCP1351，它采用了可变频率控制器，在轻载或无负载状态下，开关频率很低，启动时具有非常低的电流损耗和很高的效率。此外，在输出部分，还增加了恒流电路和最高电压控制电路。

图3：基于NCP1351 20W通用输入的应用示例

        图4是利用NCP4300A的恒流恒压电路，该电路具有以下优势：电流感测电压降仅为简单分立方式的20%；通过负载稳流精度更高，小于3%，且根据元件容限的不同会有差异；具有专门的稳压和稳流环路，可以方便设计者设计参数；仅在最大正向电压超过36 V时需要外挂，采用齐纳器件对NCP4300A进行稳压。

图4：NCP4300恒流恒压反馈控制，用于反激转转器

       另外还有一种降压的方法，就是非隔离型离线降压电路，这种电路模式可以提高效能。其峰值电流控制（PCC）拓扑结构工作在深度、连续导电模式下，不但可以更好地进行电流设置，还可以充分利用动态自供电的功能，直接驱动外挂的MOSFET，同样也可以降低整个设计成本。

        针对非隔离型LED，在其输入方面要认真考量。因为输入电压很高，当输出电压很小时，会导致占空比非常窄，所以开关控制器在电流被感测到之前会有200ns至400 ns的前沿消隐。因此，必须降低开关频率以适应正常操作，使输入电压通过半波整流输入电路时保持在最低值。

         电路是否需要PFC稳压，主要在于电流是否为正弦波。PFC的存在可以帮助改善电网的效率。在一些照明设备中，凡超过25W的应用，全部需要PFC稳压。

        除了之前提到PFC以外，在线性照明、背光效果、街道照明等应用中，还会用到分布式直流架构。图5中可以看到在PFC后面有一个隔离的DC-DC，形成12V、24V输出，利用PWM对光线明暗进行控制。

图5：分布式直流架构

        宽输入范围直流-直流LED应用包括：景观照明、内部低压轨道照明、太阳能照明、交通、应急车辆、显示器/屏背光、船舶应用、便携投影仪、替换低压卤素灯、汽车应用等。 安森美NCP3065/6多模LED驱动器（图6）是一种低成本应用，具有以下特性：

图6：NCP3065/6多模LED驱动器器框

集成1.5 A开关；
降压、升压和反转(降压-升压)/SEPIC
拓扑结构；
输入电压范围为3.0至40 V；
235 mV的低反馈