低電流LED的應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)線性恒流穩(wěn)壓解決方案

低電流LED的應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)線性恒流穩(wěn)壓解決方案

憑借著節(jié)能、長使用壽命及色彩組合豐富等優(yōu)勢(shì)，LED照明目前已成為增速最快的半導(dǎo)體領(lǐng)域之一，近年來的年復(fù)合增長率(CAGR)高達(dá)20%，預(yù)計(jì)2012年全球LED市場總值更將達(dá)114億美元，前景非?？捎^。其中增長最快、需求也最大的應(yīng)用將是低電流LED照明應(yīng)用。

目前市場上典型的LED驅(qū)動(dòng)器包括兩類，即線性驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)驅(qū)動(dòng)器；進(jìn)一步細(xì)分，則有三種，分別是開關(guān)穩(wěn)壓器、線性穩(wěn)壓器和電阻型驅(qū)動(dòng)器。這三種驅(qū)動(dòng)器分別適合不同等級(jí)的電流應(yīng)用，見圖1。如電流大于500 mA的大電流應(yīng)用采用開關(guān)穩(wěn)壓器，因?yàn)榫€性驅(qū)動(dòng)器限于自身結(jié)構(gòu)原因，無法提供這樣大的電流；而在電流低于200 mA的低電流應(yīng)用中，通常采用線性穩(wěn)壓器及電阻型驅(qū)動(dòng)器；而在200至500 mA的中等電流應(yīng)用中，既可以采用線性穩(wěn)壓器，也可以采用開關(guān)穩(wěn)壓器。

圖1：不同電流范圍所適用的LED驅(qū)動(dòng)器。

開關(guān)穩(wěn)壓器的能效高，并提供極佳的亮度控制。線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)比較簡單，易于設(shè)計(jì)，提供穩(wěn)流及過流保護(hù)，具有外部電流設(shè)定點(diǎn)，且沒有電磁兼容性(EMC)問題。電阻型驅(qū)動(dòng)器利用電阻這樣的簡單分立器件，限制LED串電流，是一種經(jīng)濟(jì)的LED驅(qū)動(dòng)方案，同樣易于設(shè)計(jì)，且沒有EMC問題。

安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅解決方案供應(yīng)商，為不同的LED應(yīng)用提供豐富的開關(guān)穩(wěn)壓器及線性穩(wěn)壓器選擇。與此同時(shí)，市場上的客戶也需要一種比開關(guān)穩(wěn)壓器和普通線性穩(wěn)壓器經(jīng)濟(jì)、但在性能上又比電阻型驅(qū)動(dòng)高出許多的驅(qū)動(dòng)方案。在這種情況下，安森美半導(dǎo)體運(yùn)用正待批專利的自偏置晶體管(SBT)技術(shù)，結(jié)合自身超強(qiáng)的工藝控制能力，推出一種新的LED驅(qū)動(dòng)方案——分立線性恒流穩(wěn)壓器(CCR)，填補(bǔ)了這個(gè)市場空隙，并進(jìn)一步豐富了安森美半導(dǎo)體寬廣的LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品陣容。

低電流LED應(yīng)用及驅(qū)動(dòng)器比較

新的線性恒流穩(wěn)壓器適合20 mA至200 mA的低電流LED應(yīng)用。如在汽車應(yīng)用中，組合尾燈的電流要求通常只有數(shù)十毫安(mA)。此外，在廣告牌文字電路、背光顯示牌等商業(yè)及工業(yè)應(yīng)用中，輸入電壓通常為高至30 Vdc，而LED電流在20 mA至150 mA之間。而在裝飾照明、工作燈、景觀照明、柜臺(tái)照明等建筑物及通用照明應(yīng)用中，輸入電壓通常為12至48 Vac或120/220 Vac，而LED電流也僅在20至100 mA之間。此外，電冰箱和洗衣機(jī)等家用電器中也采用LED為小型LCD顯示屏背光或替代照明燈泡，這類應(yīng)用同樣需要低電流的LED驅(qū)動(dòng)器。

在低電流LED應(yīng)用中，電阻型驅(qū)動(dòng)器盡管成本較低且結(jié)構(gòu)簡單，但這種驅(qū)動(dòng)器在低電壓條件下，正向電流較低，會(huì)導(dǎo)致LED亮度不足，且在負(fù)載突降等瞬態(tài)條件下，LED可能受損。而且，這種解決方案需要恰當(dāng)?shù)腖ED編碼(binning)，電阻庫存大，且能效低。

與電阻型驅(qū)動(dòng)器相比，線性恒流穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定電流，在寬電壓范圍下提供恒定亮度，在高輸入電壓時(shí)保護(hù)LED，使其免于過驅(qū)動(dòng)，在低輸入電壓時(shí)提供更高的亮度。而得益于其恒流特性，客戶可以減少或消除源自不同供應(yīng)商提供的不同LED的編碼成本，使系統(tǒng)總成本更低。

圖2：CCR結(jié)合電阻型驅(qū)動(dòng)器與線性穩(wěn)壓器所長，填補(bǔ)了市場空隙。

我們可以通過實(shí)際的測試來驗(yàn)證這兩種驅(qū)動(dòng)器的性能對(duì)比情況，見圖3。測試中對(duì)比了分別采用這兩種驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的組合尾燈，其中的CCR是穩(wěn)定電流為25 mA的器件。從圖中可以看出，在9 V的相同輸入電壓時(shí)，CCR比電阻型驅(qū)動(dòng)器的電流高，使LED更亮。在13 V的相同電壓輸入時(shí)，二者亮度一致。電壓高于13 V后，CCR的電流逐漸穩(wěn)流到25 mA，而電阻型驅(qū)動(dòng)器的電流則一直上升，可能導(dǎo)致LED過驅(qū)動(dòng)，從而損壞LED。此外，CCR提供的電流精度達(dá)±10%，完全滿足應(yīng)用要求，而電阻型的電流精度僅為±50%，相差甚遠(yuǎn)。

圖3：電阻型驅(qū)動(dòng)器與穩(wěn)流電流為25 mA的線性恒流穩(wěn)壓器的V-I曲線比較。

基于專利SBT技術(shù)的簡單、經(jīng)濟(jì)及強(qiáng)固的線性恒流穩(wěn)壓器

安森美半導(dǎo)體的線性恒流穩(wěn)壓器基于安森美半導(dǎo)體正待批專利的自偏置晶體管(SBT)技術(shù)，提供一定程度的集成，并結(jié)合安森美半導(dǎo)體的超強(qiáng)的工藝控制能力，為低電流應(yīng)用提供簡單(Simple)、經(jīng)濟(jì)(Economical)及強(qiáng)固(Robust)的LED驅(qū)動(dòng)解決方案。

具體而言，這器件的雙端非常易于設(shè)計(jì)，適合高端(High-side)及低端(Low-side)應(yīng)用，且不需要外部元件，非常簡單。它的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在消除LED編碼，降低庫存成本，以及保護(hù)LED，降低替代及維護(hù)成本。安森美半導(dǎo)體還規(guī)劃推出三端可調(diào)節(jié)輸出的線性恒流穩(wěn)壓器，它們的結(jié)構(gòu)示意圖見表1。

表1：安森美半導(dǎo)體半導(dǎo)體已推出及規(guī)劃推出的雙端及三端線性恒流穩(wěn)壓器。

點(diǎn)擊下載清晰大圖

值得一提的是，安森美半導(dǎo)體的線性恒流穩(wěn)壓器支持采用120/220 Vac供電，如在建筑物及通用照明應(yīng)用中，120/220 Vac交流市電輸入經(jīng)過橋式整流后，只需要保證輸入電壓減去LED串總電壓后所剩下的電壓不超過這線性恒流穩(wěn)壓器45 V的陽極-陰極最大電壓VAK即可。這同樣體現(xiàn)出它的易于設(shè)計(jì)特性。

而在強(qiáng)固性方面，安森美半導(dǎo)體的這系列器件表現(xiàn)非常突出。例如，其設(shè)計(jì)帶有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)，在極端的電壓和工作溫度下保護(hù)LED免受熱失控影響。例如，采用SOT-223表面貼裝封裝的器件尺寸為7.0 mm x 6.5 mm x 1.6 mm，85℃時(shí)能在電路板上500 mm長/不到29克重的銅片上耗散630 mW的功率，非常適用于極端的熱工作環(huán)境。此外，這些器件通過了嚴(yán)格的AEC101汽車標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，適用苛刻的汽車應(yīng)用要求。這些器件還承受開關(guān)瞬態(tài)及電壓尖峰，并具備良好的靜電放電(ESD)額定脈沖等級(jí)，測得為1.8 kV。此外，這些器件還支持環(huán)保，使用無鹵素模子化合物，并符合無鉛RoHS指令要求。

安森美半導(dǎo)體首批NSI45系列10款雙端線性恒流穩(wěn)壓器已于2009年5月推出，這些器件提供±10%及±15%的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流(Ireg)容限，額定電壓為45 V，工作溫度范圍-40℃至85℃，最高結(jié)溫度為150℃，提供20 mA、25 mA及30 mA器件等不同選擇，采用SOD-123及SOT223封裝，目標(biāo)市場包括汽車應(yīng)用中的內(nèi)部及外部LED照明，商業(yè)標(biāo)識(shí)應(yīng)用中的氖燈替代、交通信號(hào)等及顯示屏背光，建筑物及通用照明應(yīng)用中的平板交流照明、工作燈及裝飾燈、景觀及室外照明等。

表1中列出了安森美半導(dǎo)體NSI450系列線性恒流穩(wěn)壓器的主要參數(shù)，其中既有雙端器件，如NSI450XXT1G(SOT123封裝，20/25/30 mA)、NSI450XXZT1G(SOT223封裝，25/30 mA)，現(xiàn)有樣品提供，并已量產(chǎn)；也有三端器件，如NSI450XXZT1G(SOT223封裝，30至80 mA可調(diào)節(jié))及NSI450XXT1G(D-PAK封裝，80至150 mA可調(diào)節(jié))，將于2009年第3季度提供樣品，并于第4季度量產(chǎn)。

安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅解決方案供應(yīng)商，具有卓越的運(yùn)營業(yè)績，遍布全球各地的制造設(shè)施每年付運(yùn)320億多顆器件，并擁有先進(jìn)的工藝及技術(shù)能力。安森美半導(dǎo)體還熟悉客戶，與眾多國際及本土客戶建立起了廣泛及深入的關(guān)系，且以遍布世界各地的設(shè)計(jì)支援中心為客戶服務(wù)。安森美半導(dǎo)體豐富的產(chǎn)品和解決方案陣容涵蓋標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、專有解決方案、專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品及定制ASIC解決方案等不同領(lǐng)域，以及汽車、計(jì)算機(jī)和游戲機(jī)、便攜消費(fèi)產(chǎn)品、媒體和娛樂、工業(yè)、醫(yī)療、高壓通信、軍事和航空等應(yīng)用市場。

安森美半導(dǎo)體服務(wù)的上述多個(gè)應(yīng)用市場都會(huì)涉及LED照明/背光。而安森美半導(dǎo)體使用寬廣范圍的技術(shù)，為廣泛的LED照明應(yīng)用提供解決方案，發(fā)揮高能效電源方案的核心優(yōu)勢(shì)。安森美半導(dǎo)體針對(duì)低電流LED照明應(yīng)用推出的新的簡單、經(jīng)濟(jì)及強(qiáng)固的線性恒流穩(wěn)壓器解決方案，拓寬了安森美半導(dǎo)體已有的包括開關(guān)穩(wěn)壓器及普通線性穩(wěn)壓器的LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品陣容，非常適合于汽車內(nèi)部/外部照明、商業(yè)標(biāo)識(shí)牌及建筑物L(fēng)ED照明應(yīng)用需求。