發光二極體(LED)光輸出持續提升,彩色及白光高亮度LED應用已擴展至全新的市場領域。LED已開始替代白熾燈、螢光燈,用於汽車、涵蓋智慧手機到液晶電視的消費電子、建築物照明及一般照明等應用。未來,LED將繼續以其可程序能力和彈性及創新的固態照明(SSL)方案改變照明市場。

 

LED是低壓元件,根據色彩及電流不同,LED正向電壓可介於2 V至4.5 V之間,並以恒定電流驅動,以確保所要求光強度和色彩。這要求電源轉換及控制方案連接不同電源,甚至是電池。安森美半導體分別為低壓可攜式和中壓LED一般照明提供最佳化的驅動器方案,以滿足不同應用的照明需求。

 

低壓可攜式LED驅動器拓撲及安森美半導體解決方案

小尺寸彩色LCD面板、鍵盤及指示燈背光廣泛採用白光LED及RGB三色LED。智慧手機及數位相機則採用高亮度LED作閃光光源。這些應用要求能將電池使用時間延至最長並將PCB面積和高度減至最小。安森美半導體提供使用線性、電感及電荷泵拓撲的各種方案。電感型方案總能效最佳;電荷泵方案使用低高度陶瓷電容,空間及高度最小;線性方案很適合彩色指示燈及簡單背光應用。

 

1)電感升壓及降壓拓撲方案

針對驅動低電壓可攜式裝置背光和電筒/閃光應用的白光LED,安森美半導體提供採用PWM調光的不同產品。升壓產品的輸出電流從20 mA到800 mA,包括CAT37、CAT32、CAT4238、CAT4237、CAT4238、LV52204、LV52206、CAT4137、NCP5005、CAT4139、CAT4240和、NCP1422。電感降壓產品NCP1529的輸出電流為1 A。

圖1:電感升壓拓撲

例如,LV52204是應用於智慧手機的單通道高壓及高能效LED背光升壓驅動器IC,輸入電壓為2.7 V至5.5 V,提供40 V輸出電壓並控制10顆LED。其接腳與市場上流行產品相容,可輕易替代。

 

2)電荷泵拓撲方案

安森美半導體擁有專利的四模(Quad-Mode®)自適應分數型電荷泵方案,可提供電感型LED驅動器的高能效水準,去掉了高厚度電感及有害的電磁干擾(EMI)。四模架構增加了第4種工作模式(1.33倍),無需額外電容,能效提高10%,封裝尺寸減小65%。

圖2:電荷泵拓撲

 

針對LCD背光、LED閃光/電筒和指示器等應用,安森美半導體提供總輸出電流10至192 mA的多種電荷泵/白光和RGB LED驅動器產品,包括NCP1840、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3636、AT3637、CAT3649、CAT3604A、CAT3604V、CAT3614、CAT3644、NCP5623B/C、CAT3643、CAT3647、CAT3612、CAT3224(4閃光燈,400 mA電筒)、NCP5612、CAT3661、NCP5603(200 mA DC,350 mA脈衝)、CAT3200、CAT3200H。

 

3)線性拓撲方案

針對手機等可攜式裝置的LCD背光應用,安森美半導體提供多款簡單線性白光LED驅動器。它採用單線式EZDim介面調光,有32級調光控制;25 mA固定電流(B版本)或可調節電流(A版本)。這些單模LED驅動器可作為系統級的一部分,用於設計整合低電壓LED和簡單LED驅動器的背光電路。

 

圖3:線性拓撲

4) 其他專用驅動器

安森美半導體提供針對相機閃光及手電筒等應用的專用LED驅動器,如CAT3224和CAT3612 (電荷泵拓撲結構)、CAT4134 (電感升壓拓撲結構),可以提供150 mA至4A的不同閃光電流和亮度,可滿足拍照手機、智慧手機及氙燈替代的LED光輸出不斷提升的需求。

 

安森美半導體還為RGB LED提供各種驅動方案,如有獨立RGB開/關的多通道多功能LED驅動器(LV5207LP和LV5216CS),用於7至16個LED通道的閃光燈/電筒、RGB照明、主液晶屏背光、輔助液晶屏背光等應用;以及RGB照明驅動器(LV5217LP和LV5223GR),用於支持彩色照明設計,實現可攜式裝置豐富的照明色彩。

 

中等電壓LED驅動器拓撲及安森美半導體解決方案

中等電壓一般照明(景觀照明、低壓軌道燈、太陽能供電照明、汽車、緊急救援車輛、航海應用、12 Vac/Vdc MR16燈、飛機內部照明、指示牌背光、看板文字電路和指示牌)大多採用離線AC-DC電源、電池或帶低壓交流輸出的電子變壓器供電。根據LED電流及工作條件,需要線性或開關穩壓器型LED驅動器方案。為此,安森美半導體提供滿足不同應用需求拓撲的LED驅動方案。

 

1) 線性LED驅動器方案

線性方案簡單,易於設計,允許用高穩流精度驅動LED,而不必考慮LED正向電壓或輸入電源的變化,成為許多照明應用的首選。線性LED驅動器必須匹配應用的功耗要求。安森美半導體提供多種恒流線性LED驅動器,其電流電平涵蓋10 mA至1 A範圍。

圖4:外部BRT調光的恒流穩流器

NSI45系列是雙端或三端線性恒流穩流器(CCR),基於安森美半導體的自偏置電晶體技術,非常適合驅動建築物、汽車及工業指示牌LED照明等應用不同輸入電壓的LED應用。NSI45系列可在寬輸入電壓範圍工作,還可以在極端電壓和工作溫度下防止LED熱失控影響。由於包括低啟動電壓,無論正向電壓(Vf)如何變化都可實現精密穩流,同時具有保護LED的負溫度係數特性。

 

依照通道輸出電流,安森美半導體的線性 LED驅動器可劃分為以下幾種:

  • 10至50 mA:NSI50010Y、NSI45015W、NSI45020JZ、NCV7680、NSIC2030B、NSIC2020B、NSI45030Z、NSI45030AZ、NSI45030A、NSI45030、NSI45025Z、NSI45025AZ、NSI45025A、NSI45025、NSI45020A、NSI45020、NSIC2050B)
  • 60至350 mA (CAT4104、NSI50350AS、NSI50350AD、NUD4011、NSI45035JZ、NSI50150AD、NSI45090JD、NSI45060JD)
  • 500 mA(NUD4001),1000 mA(CAT4101)

 

2) 開關驅動器方案

用於中等電壓一般照明的開關驅動器有多種拓撲,如降壓、升壓;降壓/升壓的NCP3065和NCP3066(可以配置為控制器)、NCP3163、MC33163、NCP1294;降壓的CAT4201、NCP1034、NCL30100、NCL30105、NCL30160、NCL30161;此外還有升壓或SEPIC的CS5171/3。

 

图5:开关驱动器方案。

 

中等電壓LED一般照明應用示例

1) LED MR16燈泡方案

針對空間及高能效要求的低功率應用,安森美半導體提供一款能效高達95%,又具有自然LED開路保護的固定關閉時間降壓LED驅動器控制器NCL30100。此元件採用准固定關閉時間、峰值電流遲滯控制方法,不要求補償元件;其低邊N-FET開關拓撲適合連續導電模式工作,無須輸出電容;其工作頻率小於500 kHz,±5%典型穩流容限,VCC工作電壓範圍為6.35至18 V。

圖6:採用NCL30100的LED MR16燈泡方案

 

對於3至4個LED模組的12 V AC-DC設計,可以使用安森美半導體針對NCP3065的評估板NCP3065BBGEVB,用來驅動12 Vac/Vdc應用中的夏普ZENIGATA™、Cree XLamp™MC-E及其他LED模組。其特點是小尺寸、寬輸入和輸出工作電壓,輸出電流經過穩流,還具有LED開路保護、輸出短路保護能力。此解決方案適用於MR16燈泡、景觀照明、交通照明。

 

2) 太陽能供電LED路牌方案

大功率LED可採用安森美半導體的恒流降壓LED驅動器NCL30160,實現高達98%的能效。它採用30 mΩ集成MOSFET,100%占空比可提供高能效;輸入電壓範圍為6.3 V至40 V,開關頻率可達1.4 MHz;還具有專用PWM調光接腳/低功率關閉、無須控制迴路補償和1.5 A平均電流能力。

圖7:太陽能供電LED路牌方案

 

3) 3顆及4LED模組的12 V AC-DC方案

在低壓12 Vac/Vdc應用中,LED模組的正向電壓與輸入電壓範圍交疊,因此要使用單開關降壓-升壓配置。安森美半導體針對驅動多裸片LED模組提供12 V AC-DC方案。其特點是小尺寸、寬輸入及輸出工作電壓範圍、穩流輸出電流;具有LED開路保護和輸出短路保護功能。其應用包括MR16燈泡、景觀照明和交通燈。

 

圖8:多顆LED模組12 V AC-DC方案

 

總結

為滿足綠色電子產品的高性能、高能效需求,安森美半導體利用其在低電壓和高壓技術及在電源管理方案方面的專長,提供全面的LED驅動或控制解決方案。這些方案在集成更多功能的同時,採用越來越小的封裝,實現越來越低的功耗,使客戶能夠開發高能效的低壓可攜式及中等電壓LED一般照明方案,並加快產品上市。

 

安森美半導體供稿

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