近年来，高亮度LED的应用领域不断增多，涵盖从行动装置背光、中大尺寸LCD背光、汽车内部及外部照明及一般照明等宽广范围。常见DC-DC LED照明应用包括景观照明、内部低压道路照明、太阳能供电照明、汽车照明、应急车辆照明、船舶应用、低压卤素类替代及飞机内部照明等。本文将重点探讨如何为不同DC-DC LED照明应用选择适合的安森美半导体高能效驱动器方案。
LED DC-DC开关稳压器拓扑结构
根据输入电压与输出电压之间的关系，我们可将LED DC-DC开关稳压器的拓扑结构分为以下几种类型：
降压：适合于在所有工作条件下最小输入电压始终高于LED串最大电压的应用。例如，以12 V电源驱动单颗1 W LED时，使用此拓扑结构。
升压：适合于在所有工作条件下最大输入电压始终低于LED串最小电压时的应用。例如，以5 V电源驱动6颗LED时，使用此拓扑结构。
降压-升压，或单端初级电感转换器(SEPIC)：适合于输入电压与输出电压有交迭的应用。例如，以12 V汽车电池驱动4颗LED时，可使用此拓扑结构。
不同拓扑结构适合采用不同的LED驱动器方案。安森美半导体身为应用于高能效电子产品的首要高性能矽方案供应商，运用公司在电源管理方面的专业技术及专知，针对各种LED照明应用提供宽广范围的高能效驱动器方案，其中包括各种高能效DC-DC LED照明方案。
LED DC-DC降压驱动器方案
典型LED DC-DC降压应用有如线槽灯、书架灯及展示柜灯等中使用的高亮度模组化灯条，一般每条(11.5 x 1英寸) 4颗LED，根据颜色的不同，光效为23至47 lm/W，电压为23至25 V 。
根据频率及电流的不同，此类应用中可以使用安森美半导体提供不同的LED DC-DC降压驱动器方案，包括NCL30100控制器、CAT4201稳压器，以及能够配置为降压稳压器的NCP3065/NCV3065、NCP3066/NCV3066稳压器及控制器等(见图1)。这些方案各有其特点。
图1：不同LED DC-DC降压驱动器方案。
例如，NCL30100作为控制器，本身并未整合FET，但它支援使用高性价比的N通道MOSFET作为外部元件，能够调节电流，并以100%的占空比工作。但此元件的电源电压(VCC)能达18 V，需要外部元件以支援较高电压，且需要用于确定数量的LED设计。NCL30100适合MR16灯泡、12 V景观照明、太阳能供电LED照明、线性照明及看板文字电路和标志背光等应用。
CAT4201则是整合了MOSFET开关的完整电源转换器，采用小型TSOT5封装，最高电压36 Vdc(可承受40 V暂态电压)，能驱动总电压达32 V的7颗串行LED，电源能效高达94%，提供限流及热保护。但此元件在大多数应用中要求输出电容，且LED输出电流限流为最大350 mA。CAT4201适用于12 V及24 V照明系统、汽车及飞机照明和通用照明等应用。
NCP3065和NCP3066，以及相应通过汽车认证的版本NCV3065和NCV3066，是弹性的开关稳压器，能够配置为降压、升压及降压-升压等不同结构。配置为LED降压稳压器时，能在不采用输出大电容的条件下工作，支援+40 V/1.5 A典型峰值开关电流，可以设定350 mA、700 mA及1,000 mA等不同输出电流，还能够配合调光需求。NCP3065/6、NCV3065/6适合于汽车及船舶照明、大功率LED驱动器、恒流源、低压LED照明(景观、道路、太阳能及MR16替代)等应用。
LED DC-DC升压驱动器方案
如上所述，NCP3065/6、NCV3065/6能够配置为不同结构，图4右显示的是即是配置为升压结构的应用电路图。
此外，安森美半导体还将推出专门用于高能效升压模式的NCL30131 LED升压驱动器，适合于驱动长串高亮度LED。NCL30131是一款能够采用N沟道FET的开关升压控制器，能够用于构建高能效的LED升压驱动器。此元件使用电压模式脉宽调变(PWM)回馈机制，带有运算跨导放大器(OTA)。此元件具有高驱动能力，能驱动大电流/高能效MOSFET。输入电压范围极宽，介于4.5 V至28 V之间。NCL30131提供300/600/1,000 kHz开关频率，提供可程式设计限流、短路保护、热关闭、过压保护及欠压锁定等丰富保护功能，适合MR16建筑物照明、灯条、景观照明及橱柜内照明等应用。
图5：NCL30131高能效升压LED驱动器典型电路图。
基于NCL30131构建的驱动10颗高亮度LED的+12 Vin @ ~700 mA演示板测试显示，能效高于90%，线路稳压精度达到低于0.2%。
除了NCL30131，安森美半导体还提供另一款LED DC-DC升压转换器——CAT4240。此元件采用1 MHz的固定开关频率工作，能够使用小量值的外部陶瓷电容及电感。此元件的高压输出段极适合驱动包含多达10个串行白光LED的中等尺寸及大尺寸面板显示器，能效高达94%。
LED DC-DC降压-升压驱动器方案
典型LED降压-升压应用包括以12 V交流或12 V直流电源驱动包含3至4颗LED的模组。这种应用中就可以采用配置为降压-升压拓扑结构的NCP3065/6控制器，从而满足输入电压与输出电压有交迭的应用需求。图6显示的是NCP3065在此类应用中的电路图。
图6：NCP3065 LED降压-升压应用电路图。
GreenPoint®网上设计模拟工具加快DC-DC LED照明设计
安森美半导体身为应用于高能效电子产品的首要高性能矽方案供应商，针对各种 LED照明应用(包括DC-DC LED照明应用)提供完整的系统方案，包括电源、通讯、光传感器、MOSFET、整流器、保护、滤波器及热管理产品等。
此外，为了帮助设计人员加快LED照明设计，安森美半导体还提供GreenPoint®网上设计模拟工具，让设计人员坐在工作台前，即可以轻松地通过“选定LED驱动器”、“确定设计要求”、“自动产生设计电路图”、“模拟及验证”、“产生物料单及报告”、“下载报告为PDF档案”及“保存盘案和分享”等几个步骤，大幅缩短开发时间，加快产品上市进程。
此网上设计工具目前已经支援多款安森美半导体的高能效LED驱动器产品的应用设计，其中支援的DC-DC LED驱动器包括NCP3065、NCP3066、NCL30100、CAT4201、NCP1529(降压方案)、NCP5030(降压-升压方案)及NCP5050(升压方案)等。后续还将支援更多产品。
图7：安森美半导体GreenPoint®网上设计工具帮助加快LED照明设计。
总结
安森美半导体身为应用于高能效电子产品的首要高性能矽方案供应商，提供不同的高能效DC-DC LED照明产品，方便使用者根据应用需求来选择 。安森美半导体同时提供线上模拟设计工具、演示板及多款参考设计，说明客户简化设计中标及使用。安森美半导体的LED驱动器产品的设计持续趋向小尺寸、高能效及低成本，帮助推动LED照明市场不断向前发展。
供稿：安森美半导体
参考资料：
1、 安森美半导体网站LED照明应用专区， www.onsemi.cn/PowerSolutions/content.do?id=15102
2、 安森美半导体LED照明网上设计资源中心，thinkonsemi.cn/LED
