驱动 LED 的好法子

时间:2019-02-26 11:30来源:21Dianyuan

摘要:LED技术推动了照明领域的一场革命。结合小型、低功耗、高可靠性和低成本,使得照明可以在不可能用白炽灯或荧光灯技术的地方实施。因此,LED照明在办公室、家庭甚至在我们的车上激增。

LED技术推动了照明领域的一场革命。结合小型、低功耗、高可靠性和低成本,使得照明可以在不可能用白炽灯或荧光灯技术的地方实施。因此,LED照明在办公室、家庭甚至在我们的车上激增。
 
目前固态照明方案的主要缺点不是LED本身,而是提供照明能量的电源。这些开关电源(SMPS)的预期寿命比LED短得多,这主要是因为它们所含的磁性元件和电解电容器的使用寿命。此外,含有风扇等有源冷却设备的开关电源尤其易受早期故障的影响。另一个缺点是SMPS通常体积庞大,是电磁干扰(EMI)的主要来源。考虑到它们的尺寸和通常有限的照明安装空间,它们不太可能与LED安装在相同的PCB上,因此需要互连和引线,这是另一个潜在的故障来源。
 
然而,电力技术和拓扑的最新进展包括交流直接驱动(DACD)电源方案的出现。这种新的方法完全无需传统的SMPS,在成本、体积、使用寿命和可靠性方面提供多种优势,但并不是所有的DACD方案都是相同的。
 
DACD 拓扑
所有DACD方案的共同之处是输入整流桥,使用经典的4个二极管配置,将50/60 Hz输入交流波形校正为100/120 Hz半正弦波。峰值幅值从110 V交流输入的155 V左右变化到230 V交流输入的325 V,但原理保持不变。
 
用于LED驱动的DACD拓扑通常分为两种配置,每一种都各有优缺点。



图1:典型的DACD拓扑及其主要的特点
 
这两种方法都支持采用单板方案,而不是SMPS方案所需的双板方案。分流型DACD采用单片集成电路,降低了物料单(BOM)成本。它还具有易于扩展的优点,但散热性能相对较差。
 
相比之下,旁路类型倾向于使用多个集成电路,因而导致更高的BOM成本。而这种方法更适合于需要许多LED串的应用。与分流法相比,虽然扩展性有限,但电气性能更好,总谐波失真(THD)通常小于10%,而分流法为30%左右。
 
虽然与传统的开关电源法相比,这些DACD法是个显著进步,但它们并不是驱动基于LED的现代应用的完全理想的方案。目前市场上有许多基于IC的DACD方案,但这些方案在稳压、散热性能、耐浪涌性能、调光能力和成本方面都可改进。


 
图2:基本工作波形和电路图
 
图2显示了DACD方案的基本工作模式。当交流线路电压通过半正弦时,IC内的开关指示电流(ILEDn)照亮每个LED。但这种线性开关法有一个主要的缺点,即高THD。

最新的好方法
最新的DACD方案之一是安森美半导体的NCL30170。基于分流拓扑,它提供了前述的这种方法的所有优点,包括:是单个IC方案,具有较低的BOM成本和易于扩展功率。但这种新方案的一个独特特性是能够驱动多个外部MOSFET开关,从而支持连接多个LED串;NCL30170是市场上首个能够这样做的产品。因此,功率可从10W扩展到200W,连接的LED串的总数和外部开关仅受最高功率水平的限制。


 
图3:NCL30170是单输出、多串、分流DACD方案
 
在大多数应用中,尽管电源电压波动,但LED亮度保持不变是很重要的。通常,DACD驱动器能够实现±10%的稳压-安森美半导体的新器件达到±1%,这是非常显著的提升,从而确保连接LED的持续光输出。
 
NCL30170用一种专有的方法来调节电流,而不是用于传统DACD方案的线性方法。电压触发点保持不变,但以这样一种方式调节电流使其不再是一个阶梯形状,从而产生平滑的正弦波电流(如图4右图所示),导致低于10%的极佳的THD水平。


• 传统的分流类型
• 阶梯式的输入电流
• 正弦输入电流

 
图4:专有的电流平滑 /整形提供