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安森美半导体LED驱动器助力高效LED灯串

来源:网络整理 编辑:采集侠 时间:2018-08-18

  近年来,高亮度LED的应用领域不断增多,涵盖从移动设备背光、中大尺寸LCD背光、汽车内部及外部照明及通用照明等宽广范围。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、应用车辆照明、船舶应用、低压卤素类替代及飞机内部照明等。

  安森美半导体提供DC-DC低功率 LED照明应用的多款LED驱动器,涵盖升压、降压以及升降压等不同拓扑结构,如图1所示。在这系列产品中,NCL30160和NCL30161是安森美半导体较新的两款DC-DC LED驱动器。NCL30161 LED驱动器适合于宽电压应用,它可通过平均电流控制使LED纹波电流控制在平均电流的10%,输出不需要滤波电容,而且支持PWM或模拟调光;还有一款转换器NCL30160集成了MOSFET,同样可最大限度地减少空间和成本。本文将重点介绍这两款产品的关键特性及应用设计要点。

  NCL30161的优势和典型应用

  NCL30161是一款平均电流滞环控制模式高亮度LED降压控制器。由于LED纹波电流得到了有效的控制,输出不需要滤波电容;高达1.4 MHz频率下的工作,外围可以使用小尺寸的被动元件;通过外接电阻或线性降压给芯片提供电压,可以支持高压输入;支持脉宽调制(PWM)或模拟调光。模拟调光简单地调节LED串的DC电流,以改变LED的光输出;而PWM调光则是改变LED串中恒定电流的占空比,以有效改变LED串中的平均电流,以此实现调光。

  NCL30161具有很多特色功能,如Vin输入电压范围6.3 V至40 V,可外部扩展至更高的输入电压;LED电流可通过外部电阻设定,可以在100%占空比工作;控制器不需要进行环路补偿,滞环控制可实现好的电源注入抑制和快速的负载瞬态响应;当有多串LED(如RGB)时,地端电流检测可以采用多串LED如RGB共阳连接,减少LED串的连线数量;单一管脚实现PWM调光和使能控制,调光范围宽;支持输出全陶瓷电容或无输出电容设计,使用很小的外部元件,节省空间和成本;完善的保护功能包括可调节的LED电流、LED短路保护和输入欠压保护,以及过热保护功能。

  由于采用极少的外部元件,NCL30161是汽车、工业和通用照明的理想解决方案,市场和应用包括LED驱动器、恒流源、汽车照明、通用照明和工业照明。

  图1是NCL30161的典型应用降压LED驱动器的框图。可以看到,LED直接连接到输入电压,电流通过连接到地端的RSENSE设置;PWM调光和使能控制通过芯片的DIM/Enable脚实现;ROT用来设置初始关断时间。

  这是一个平均电流滞环控制倒置Buck拓扑结构,外置MOSFET可以实现大电流LED驱动,连续电流模式不需要输出电容;工作频率高达1.4 MHz,可以通过外部电感进行调整。

  图2是NCL30161内部框图,它由7个部分组成:内部LDO部分把输入的高电压变为5 V稳压,为内部逻辑供电,包括外部MOSFET的驱动;PWM调光和使能控制部分;MOSFET驱动部分;内部比较器峰值电流检测部分,比较电压为220 mV;谷值电流检测,内部设定在180 mV;LED短路检测;关断时间调整。

  NCL30161的控制逻辑如下,通过检测LED的峰值和谷值电流,可以实现LED电流的滞环控制,LED的纹波电流控制在平均电流的±10%以内,由于同时控制LED的峰值电流和谷值电流,LED的平均电流恒定,不随输入电压和串联LED数量的变化而变化。MOSFET开通时,LED电流增加到达峰值电流220 mV时,MOSFET关断;MOSFET关断时,LED电流下降,内部关断时间定时器决定关断时间,达到定时时间,MOSFET开通时检测谷值电流并根据检测到的谷值电流调整下一次关断时间,稳态时谷值电流被控制在180 mV。

  在图3中右侧可以看到NCL30161的典型电流波形,红色为MOSFET开通时的电流路径;绿色为MOSFET关断时的电流路径;右侧最下面是LED电流波形,可以看到它是连续的,且纹波电流在±10%以内。

  由于MOSFET关断时没有电流,地端的电流检测电阻无法检测到电流,因此需要关断时间设定电阻ROT来设置初始的关断时间,关断时间设定电阻只在启动的时候起作用,启动结束后由内部时间关断定时器来控制关断时间。

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