利用安森美半導(dǎo)體LED驅(qū)動器設(shè)計高效LED燈串

　　近年來，高亮度LED的應(yīng)用領(lǐng)域不斷增多，涵蓋從移動設(shè)備背光、中大尺寸LCD背光、汽車內(nèi)部及外部照明及通用照明等寬廣范圍。常見DC-DC LED照明應(yīng)用包括景觀照明、內(nèi)部低壓道路照明、太陽能供電照明、汽車照明、應(yīng)用車輛照明、船舶應(yīng)用、低壓鹵素類替代及飛機內(nèi)部照明等。

　　安森美半導(dǎo)體提供DC-DC低功率 LED照明應(yīng)用的多款LED驅(qū)動器，涵蓋升壓、降壓以及升降壓等不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。在這系列產(chǎn)品中，NCL30160和NCL30161是安森美半導(dǎo)體較新的兩款DC-DC LED驅(qū)動器。NCL30161 LED驅(qū)動器適合于寬電壓應(yīng)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或模擬調(diào)光；還有一款轉(zhuǎn)換器NCL30160集成了MOSFET，同樣可最大限度地減少空間和成本。本文將重點介紹這兩款產(chǎn)品的關(guān)鍵特性及應(yīng)用設(shè)計要點。

　　圖1：安森美半導(dǎo)體DC-DC LED驅(qū)動器選型決策鏈。

　　NCL30161的優(yōu)勢和典型應(yīng)用

　　NCL30161是一款平均電流滯環(huán)控制模式高亮度LED降壓控制器。由于LED紋波電流得到了有效的控制，輸出不需要濾波電容；高達(dá)1.4 MHz頻率下的工作，外圍可以使用小尺寸的被動元件；通過外接電阻或線性降壓給芯片提供電壓，可以支持高壓輸入；支持脈寬調(diào)制（PWM）或模擬調(diào)光。模擬調(diào)光簡單地調(diào)節(jié)LED串的DC電流，以改變LED的光輸出；而PWM調(diào)光則是改變LED串中恒定電流的占空比，以有效改變LED串中的平均電流，以此實現(xiàn)調(diào)光。

　　NCL30161具有很多特色功能，如Vin輸入電壓范圍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(shè)定，可以在100%占空比工作；控制器不需要進行環(huán)路補償，滯環(huán)控制可實現(xiàn)好的電源注入抑制和快速的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)；當(dāng)有多串LED（如RGB）時，地端電流檢測可以采用多串LED如RGB共陽連接，減少LED串的連線數(shù)量；單一管腳實現(xiàn)PWM調(diào)光和使能控制，調(diào)光范圍寬；支持輸出全陶瓷電容或無輸出電容設(shè)計，使用很小的外部元件，節(jié)省空間和成本；完善的保護功能包括可調(diào)節(jié)的LED電流、LED短路保護和輸入欠壓保護，以及過熱保護功能。

　　由于采用極少的外部元件，NCL30161是汽車、工業(yè)和通用照明的理想解決方案，市場和應(yīng)用包括LED驅(qū)動器、恒流源、汽車照明、通用照明和工業(yè)照明。

　　圖2：NCL30161典型應(yīng)用降壓LED驅(qū)動器

　　圖2是NCL30161的典型應(yīng)用降壓LED驅(qū)動器的框圖?？梢钥吹?，LED直接連接到輸入電壓，電流通過連接到地端的RSENSE設(shè)置；PWM調(diào)光和使能控制通過芯片的DIM/Enable腳實現(xiàn)；ROT用來設(shè)置初始關(guān)斷時間。

　　這是一個平均電流滯環(huán)控制倒置Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，外置MOSFET可以實現(xiàn)大電流LED驅(qū)動，連續(xù)電流模式不需要輸出電容；工作頻率高達(dá)1.4 MHz，可以通過外部電感進行調(diào)整。

　　圖3是NCL30161內(nèi)部框圖，它由7個部分組成：內(nèi)部LDO部分把輸入的高電壓變?yōu)? V穩(wěn)壓，為內(nèi)部邏輯供電，包括外部MOSFET的驅(qū)動；PWM調(diào)光和使能控制部分；MOSFET驅(qū)動部分；內(nèi)部比較器峰值電流檢測部分，比較電壓為220 mV；谷值電流檢測，內(nèi)部設(shè)定在180 mV；LED短路檢測；關(guān)斷時間調(diào)整。

　　圖3：NCL30161內(nèi)部框圖

　　NCL30161的控制邏輯如下，通過檢測LED的峰值和谷值電流，可以實現(xiàn)LED電流的滯環(huán)控制，LED的紋波電流控制在平均電流的±10%以內(nèi)，由于同時控制LED的峰值電流和谷值電流，LED的平均電流恒定，不隨輸入電壓和串聯(lián)LED數(shù)量的變化而變化。MOSFET開通時，LED電流增加到達(dá)峰值電流220 mV時，MOSFET關(guān)斷；MOSFET關(guān)斷時，LED電流下降，內(nèi)部關(guān)斷時間定時器決定關(guān)斷時間，達(dá)到定時時間，MOSFET開通時檢測谷值電流并根據(jù)檢測到的谷值電流調(diào)整下一次關(guān)斷時間，穩(wěn)態(tài)時谷值電流被控制在180 mV。