配合通用照明趨勢的高能效LED驅(qū)動器設(shè)計方案

引言

隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，其在通用照明領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。相較于傳統(tǒng)的白熾燈、鹵素?zé)艉虲FL（緊湊型熒光燈），LED燈具具有更高的能效、更長的使用壽命和更好的環(huán)保性能。然而，要充分發(fā)揮LED照明的高能效優(yōu)勢，高能效的LED驅(qū)動器設(shè)計至關(guān)重要。本文將詳細(xì)介紹配合通用照明趨勢的高能效LED驅(qū)動器設(shè)計方案，并重點探討主控芯片的作用及其詳細(xì)型號。

一、LED驅(qū)動器設(shè)計的挑戰(zhàn)

1. 能效：LED燈泡的形狀固定，散熱受限，因此采用高能效LED驅(qū)動器有助于將更多電能轉(zhuǎn)化為光能，并幫助散熱。

2. 空間限制：LED燈泡內(nèi)部空間有限，需要更大的散熱片面積，尤其對于較大功率的燈泡。此外，驅(qū)動電子電路的尺寸也需要減小，以配合散熱需求。

3. 多種選擇：LED的迅速變化提供了多種選擇，這對LED驅(qū)動器的選擇也構(gòu)成了挑戰(zhàn)。設(shè)計人員需要優(yōu)化LED驅(qū)動器選擇，以配合不同照明及功率要求。

4. 安規(guī)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：出于安規(guī)和LED選擇等因素，設(shè)計人員需要考慮采用隔離還是非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這也影響了LED驅(qū)動器的選擇。

二、高能效LED驅(qū)動器設(shè)計方案

1. PWM控制方式

   PWM（脈沖寬度調(diào)制）是一種常用的LED驅(qū)動控制方式。通過調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，可以控制LED的平均亮度。這種方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)光功能，還能在寬輸入電壓范圍內(nèi)保持恒流驅(qū)動，提高能效。

• 恒定頻率和恒定關(guān)斷時間：根據(jù)PWM調(diào)節(jié)方式，LED驅(qū)動器可以分為恒定頻率和恒定關(guān)斷時間兩類。恒定頻率方式通過保持PWM信號的頻率不變，通過改變占空比來調(diào)節(jié)LED亮度。恒定關(guān)斷時間方式則通過保持PWM信號的關(guān)斷時間不變，通過改變導(dǎo)通時間來調(diào)節(jié)亮度。

• 電感計算：在穩(wěn)定狀態(tài)下，加在電感兩端的電壓乘以導(dǎo)通時間等于關(guān)斷時刻電感電壓乘以關(guān)斷時間，即 VonTon=VoffToff。電感L的計算公式分別為 L = (Vin–Vo) * Ton /ΔI（恒定頻率）和 L=Vo*Toff/ΔI（恒定關(guān)斷時間）。

2. 隔離與非隔離方式

• 隔離方式：隔離方式主要針對市電交流輸入，通過變壓器實現(xiàn)電氣隔離。當(dāng)采用隔離方式時，建議變壓器工作在非連續(xù)方式（即每個周期結(jié)束時，變壓器無剩磁），以保證每次開關(guān)周期，變壓器原邊傳送給副邊的能量相同（與電源電壓無關(guān)）。

• 非隔離方式：非隔離方式則直接通過整流濾波電路將交流輸入轉(zhuǎn)換為直流輸出，適用于低電壓輸入或直流輸入場合。

3. 電源類別

• 交流輸入：當(dāng)交流市電作為輸入時，需要將電源電壓整形濾波后接入直流應(yīng)用電路。

• 直流輸入：對于直流輸入，可以直接接入驅(qū)動電路，無需進(jìn)行整流濾波。

三、主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用

主控芯片是LED驅(qū)動器設(shè)計的核心，其性能直接影響驅(qū)動器的能效、穩(wěn)定性和可靠性。以下是一些常用的高能效LED驅(qū)動器主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用。

1. AX2028

• 型號介紹：AX2028是一款LED驅(qū)動恒流控制芯片，系統(tǒng)應(yīng)用電壓范圍為12VDC至600VDC，占空比為0100%，固定關(guān)斷時間工作模式。它支持交流85V265V輸入，非隔離和隔離應(yīng)用方案。

• 作用：AX2028采用獨特的技術(shù)進(jìn)行恒流控制和補償方法，使LED電流在交流85V~265V范圍內(nèi)變化小于±3%。其優(yōu)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)效率高于92%，可廣泛應(yīng)用于E14、E27、PAR30、PAR38、GU10等燈杯和LED日光燈。AX2028具有多重LED保護(hù)功能，包括LED開路保護(hù)、LED短路保護(hù)、過溫保護(hù)等。

• 應(yīng)用實例：在AX2028_TUBE_18W非隔離應(yīng)用設(shè)計中，LED光源陣列設(shè)計為0.06W白光LED（SMT或草帽燈）24個串聯(lián)、12串并聯(lián)的方案，驅(qū)動288個小功率WLED，總功率為18W。電路采用了EMI抑制電路、整流濾波電路、填谷PFC電路、AX2028恒流系統(tǒng)電路來驅(qū)動LED工作。

2. NCL30000/NCL30002/NCL3008x系列

• 型號介紹：NCL30000是單段式功率因數(shù)校正（PFC）、支持TRIAC調(diào)光的LED驅(qū)動器，采用次級端控制器，支持反激/降壓/降壓-升壓等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。NCL30002也是單段式功率因數(shù)校正LED驅(qū)動器，支持降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提供±3%的電流容限。NCL3008x系列是新推出的高能效準(zhǔn)諧振控制器，用于低功率LED照明應(yīng)用。

• 作用：NCL30000/NCL30002系列提供了高功率因數(shù)校正和穩(wěn)定的LED電流輸出，適用于多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。NCL3008x系列具有高穩(wěn)流精度、支持寬正向壓降（Vf）范圍、低電磁干擾（EMI）及集成強(qiáng)固保護(hù)特性等優(yōu)勢，符合美國“能源之星”對功率大于5W的LED燈泡在功率因數(shù)方面的要求（PF>0.7）。

• 應(yīng)用實例：NCL3008x系列器件可用于設(shè)計低功率LED通用照明應(yīng)用的驅(qū)動器，如A19燈泡等。

3. BP1371

• 型號介紹：BP1371是一款驅(qū)動高亮度LED的降壓恒流驅(qū)動芯片，輸入電壓為5V至40V，單顆LED最大輸出電流可達(dá)1.2A。它可通過DIM引腳接受0.5-2.5V的模擬調(diào)光以及頻率范圍很寬的PWM調(diào)光。

• 作用：BP1371采用SOT89-5封裝，適用于戶外電源LED照明燈驅(qū)動。其降壓恒流特性能夠確保LED在寬輸入電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，并提供靈活的調(diào)光功能。

4. FZH114C

• 型號介紹：FZH114C是一顆LED驅(qū)動芯片，采用UART協(xié)議單線通訊，采用SOP16封裝，外圍元件十分精簡。

• 作用：FZH114C通過UART協(xié)議實現(xiàn)與主控器的通訊，簡化了電路設(shè)計。其精簡的外圍元件和高效的驅(qū)動能力使其適用于多種LED照明應(yīng)用。

5. IS31FL3731

• 型號介紹：IS31FL3731是一顆緊湊的LED驅(qū)動器，支持144個矩陣LED燈驅(qū)動。它提供兩個塊，每個塊驅(qū)動72個LED，周期率為1/9。通過使用交叉復(fù)用功能，將驅(qū)動所有144個LED所需的線路減少到18條，優(yōu)化PCB上的空間利用。

• 作用：IS31FL3731不僅具有高效的驅(qū)動能力，還通過交叉復(fù)用功能減少了線路數(shù)量，優(yōu)化了PCB空間利用。其256級線性調(diào)光功能為LED照明提供了精細(xì)的亮度控制。

6. OC5022B

• 型號介紹：OC5022B是一顆內(nèi)置60V耐壓MOS管的LED恒流驅(qū)動芯片，支持PWM調(diào)光和線性調(diào)光。它內(nèi)部集成VDD穩(wěn)壓管以及過溫保護(hù)電路，效率高達(dá)93%，最大工作頻率為1MHz，采用ESOP8封裝。

• 作用：OC5022B的內(nèi)置MOS管和高效驅(qū)動能力使其適用于多種LED照明應(yīng)用。其PWM調(diào)光和線性調(diào)光功能提供了靈活的亮度控制選項。過溫保護(hù)電路和高效能確保了驅(qū)動器的穩(wěn)定性和可靠性。

7. OB3350

• 型號介紹：OB3350是一顆LED背光驅(qū)動芯片，采用電流模式控制，支持過壓保護(hù)、過電流保護(hù)和欠壓閉鎖以及過熱關(guān)斷保護(hù)。它采用SOP-8封裝。

• 作用：OB3350的電流模式控制確保了LED背光的恒流輸出。其多重保護(hù)功能提高了驅(qū)動器的穩(wěn)定性和可靠性，適用于LCD背光等應(yīng)用。

8. PT4115

• 型號介紹：PT4115是一顆高亮LED驅(qū)動芯片，最高輸出電流1.2A，采用開關(guān)降壓模式驅(qū)動。它采用SOT89-5封裝。

• 作用：PT4115的開關(guān)降壓模式驅(qū)動能力使其適用于高亮LED照明應(yīng)用。其高效的驅(qū)動能力和穩(wěn)定的輸出電流確保了LED的穩(wěn)定工作。

9. SY58237

• 型號介紹：SY58237是一顆LED驅(qū)動芯片，采用準(zhǔn)諧振反激拓?fù)?，?nèi)置650V NMOS。它采用專有的浮動開關(guān)設(shè)置，無需光耦和輔助線圈反饋，具有可靠的LED短路和開路保護(hù)，支持熱折返，采用DIP8封裝。

• 作用：

  SY58237的高能效準(zhǔn)諧振反激拓?fù)浜蛢?nèi)置650V NMOS使其非常適合于高效率、高功率密度的LED照明應(yīng)用。其專有的浮動開關(guān)設(shè)置簡化了電路設(shè)計，無需光耦和輔助線圈反饋，降低了成本并提高了可靠性。此外，SY58237還提供了可靠的LED短路和開路保護(hù)以及熱折返功能，進(jìn)一步增強(qiáng)了驅(qū)動器的穩(wěn)定性和安全性。
• 應(yīng)用實例：SY58237可以應(yīng)用于各種LED照明產(chǎn)品，如LED球泡燈、LED面板燈、LED吸頂燈等。其高效率、高功率密度和可靠的保護(hù)功能使其成為這些應(yīng)用的理想選擇。
  

10. AP3015

• 型號介紹：AP3015是一款高效率、恒流輸出的LED驅(qū)動芯片，支持寬輸入電壓范圍（85VAC~265VAC）。它采用原邊反饋（PSR）技術(shù)，無需光耦和次級反饋電路，簡化了電路設(shè)計并降低了成本。AP3015還具有過溫保護(hù)、短路保護(hù)和開路保護(hù)等功能。

• 作用：AP3015的原邊反饋技術(shù)使其能夠在不增加額外元件的情況下實現(xiàn)恒流輸出，提高了電路的效率和可靠性。其寬輸入電壓范圍和多重保護(hù)功能使其適用于各種LED照明應(yīng)用，如LED筒燈、LED射燈等。

• 應(yīng)用實例：在LED筒燈的設(shè)計中，AP3015可以作為驅(qū)動器芯片，提供穩(wěn)定的恒流輸出，確保LED的穩(wěn)定工作。其過溫保護(hù)和短路保護(hù)功能可以保護(hù)LED免受損壞，延長LED的使用壽命。

11. LNK306PN

• 型號介紹：LNK306PN是一款高度集成的離線式LED驅(qū)動器IC，適用于恒流LED照明應(yīng)用。它采用高壓工藝，集成了700V功率MOSFET、振蕩器、高壓開關(guān)電流源、頻率抖動和逐周期電流限制等功能。LNK306PN還支持準(zhǔn)諧振（QR）操作模式，以提高效率并降低電磁干擾（EMI）。

• 作用：LNK306PN的高度集成和QR操作模式使其能夠以高效率、低EMI的方式驅(qū)動LED。其逐周期電流限制功能可以保護(hù)LED免受短路和過流損壞。LNK306PN還支持寬輸入電壓范圍和多種調(diào)光方式，適用于各種LED照明應(yīng)用。

• 應(yīng)用實例：LNK306PN可以應(yīng)用于LED球泡燈、LED吸頂燈等照明產(chǎn)品。其高效率、低EMI和可靠的保護(hù)功能使其成為這些應(yīng)用的理想選擇。

四、設(shè)計注意事項

在設(shè)計高能效LED驅(qū)動器時，需要注意以下幾點：

1. 選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：根據(jù)輸入電壓、輸出功率和LED特性選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如降壓、升壓、降壓-升壓或反激等。

2. 優(yōu)化電感設(shè)計：電感的選擇和設(shè)計對驅(qū)動器的效率和穩(wěn)定性至關(guān)重要。需要根據(jù)輸入電壓范圍、輸出電流和開關(guān)頻率等因素進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3. 散熱設(shè)計：LED驅(qū)動器在工作時會產(chǎn)生一定的熱量，需要進(jìn)行合理的散熱設(shè)計，以確保驅(qū)動器的穩(wěn)定工作和延長使用壽命。

4. 保護(hù)電路設(shè)計：為了保護(hù)LED免受短路、過流、過溫和開路等故障的影響，需要設(shè)計可靠的保護(hù)電路。

5. 選擇合適的調(diào)光方式：根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的調(diào)光方式，如PWM調(diào)光、模擬調(diào)光或數(shù)字調(diào)光等。

五、結(jié)論

配合通用照明趨勢的高能效LED驅(qū)動器設(shè)計方案需要綜合考慮輸入電壓范圍、輸出功率、LED特性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電感設(shè)計、散熱設(shè)計、保護(hù)電路設(shè)計和調(diào)光方式等因素。通過選擇合適的主控芯片和優(yōu)化電路設(shè)計，可以實現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性和可靠性的LED驅(qū)動器。本文介紹了一些常用的高能效LED驅(qū)動器主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用，并提供了設(shè)計注意事項，為LED驅(qū)動器設(shè)計提供了參考。