恩智浦可調(diào)光市電LED驅(qū)動(dòng)解決方案

LED在電子系統(tǒng)中使用已經(jīng)有很多年了，主要用作電子設(shè)備的指示燈。推動(dòng)LED照明市場(chǎng)發(fā)展的關(guān)鍵推動(dòng)力是高亮度LED和智能LED控制器的出現(xiàn)。采用高亮度LED的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師面臨的主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)包括散熱管理、驅(qū)動(dòng)方案、拓?fù)浼軜?gòu)和已有的基礎(chǔ)設(shè)施。要替代現(xiàn)有的可調(diào)光白熾燈或鹵素?zé)艄庠?，必須?shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)電子燈驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它不僅可以與現(xiàn)有的調(diào)光開(kāi)關(guān)一起工作，而且可復(fù)制現(xiàn)有光源的調(diào)光性能。

NXP(恩智浦) SSL2101 IC可以滿足上述性能要求。此外，它還是一種高效的電源轉(zhuǎn)換器。這是業(yè)內(nèi)第一款集成這些能力的IC,它使得高亮度LED燈設(shè)計(jì)師能夠以一種省成本和體積的方式集成電子電路，并從最佳熱權(quán)衡中獲益。

LED特性

LED需要一個(gè)與白熾燈或鹵素?zé)敉耆煌愋偷尿?qū)動(dòng)器。白熾燈表現(xiàn)為具備自穩(wěn)定特性的純電阻負(fù)載，LED則需要一個(gè)電流源。LED產(chǎn)生的光通量近似正比于流經(jīng)該器件的電流。LED的正向電壓隨電流增加而增加，但隨溫度的上升而減少。在這方面，LED表現(xiàn)得象二極管。不過(guò)，在工作期間LED的正向電壓(VF)是很大的。該電壓與電子轉(zhuǎn)化為光子時(shí)產(chǎn)生的能量(eV)相關(guān)，該能量又直接相關(guān)于光的顏色。此外，不同生產(chǎn)批次之間的VF值可以相差很大。

串行/并行配置

在大多數(shù)用LED替代現(xiàn)有光源的應(yīng)用中，需要連接多個(gè)LED到驅(qū)動(dòng)器上，因?yàn)閱我坏腖ED不能產(chǎn)生足夠的光通量。LED可以采用串行或并行連接。如果LED采用串行連接，LED鏈上的總電壓等于正向電壓的總和(所有LED上的電流相等)。如果LED并行連接，電流將分配到各支路中。不過(guò)，由于一個(gè)LED的正向電壓會(huì)隨著溫度上升而下降，因此這一配置本質(zhì)上是不穩(wěn)定的。隨著溫度的升高，越來(lái)越多的電流將流到具有更低正向電壓的支路上去，這些支路將變得更亮，而那些具有更高正向電壓的支路將變得更暗。

不過(guò)，采用并聯(lián)配置(或串并聯(lián)組合)的一個(gè)原因是，它允許大量的LED以一個(gè)安全的電源電壓結(jié)合在一起，而如果要采用串行連接來(lái)達(dá)到相同的亮度，可能需要一個(gè)高得令人無(wú)法接受的電壓。

并行配置還提供了其他優(yōu)勢(shì)，如果一個(gè)串行連接的LED鏈上一個(gè)LED或連接出現(xiàn)問(wèn)題，那么將導(dǎo)致斷路，整條鏈上的所有LED都將不發(fā)光。但如采用并聯(lián)配置的話，這情況將不可能發(fā)生。采用并聯(lián)配置時(shí)，建議每條支路都增加電流調(diào)節(jié)機(jī)制，以防止熱失控和電流或光的不相等。

總而言之，當(dāng)輸出和輸入電壓差最小時(shí)，電源轉(zhuǎn)換器的效率最高。當(dāng)采用市電輸入的LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)，允許產(chǎn)生更高的輸出電壓，從而允許串行連接更多的LED。

市電調(diào)光

標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)和家用調(diào)光器設(shè)計(jì)用于白熾燈，一些較先進(jìn)的型號(hào)可與連接到鹵素?zé)舻淖儔浩饕黄鹗褂?。目前專門針對(duì)LED負(fù)載的市電調(diào)光器仍然很罕見(jiàn)。

購(gòu)買和安裝一個(gè)新的專用調(diào)光器的成本可以很容易就超過(guò)光源本身，因此一個(gè)可與現(xiàn)有調(diào)光基礎(chǔ)設(shè)施一起工作的LED照明系統(tǒng)(如基于恩智浦SSL2101構(gòu)建的系統(tǒng))，將打開(kāi)這個(gè)具有龐大潛力和空間市場(chǎng)的大門。

由于現(xiàn)有的調(diào)光器被設(shè)計(jì)用于白熾燈(近似電阻負(fù)載，功率大多在20W和50W之間)，因此需要一些額外的電路才能允許它們用于LED照明系統(tǒng)。目前市場(chǎng)上還沒(méi)有白熾燈調(diào)光器標(biāo)準(zhǔn)，因此目前市場(chǎng)上有大量不同性能和參數(shù)值的市電調(diào)光器。

NXP SSL2101介紹

現(xiàn)有的LED路燈和家庭普通LED照明解決方案基本上都分為兩個(gè)部分，一部分是將220V市電轉(zhuǎn)換到24V或48V的AC-DC電源適配器，另一部分是對(duì)LED提供驅(qū)動(dòng)電流的LED升壓控制器。這一分立解決方案不僅所需元器件多，而且要占用相當(dāng)大的空間。為了解決這些缺點(diǎn)，NXP開(kāi)發(fā)出了集成單芯片解決方案SSL2101.它也是世界首款集成可調(diào)光市電LED驅(qū)動(dòng)器。

恩智浦SSL2101是一款小尺寸開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)控制器IC,專為驅(qū)動(dòng)LED設(shè)備而設(shè)計(jì)，并且提供可調(diào)光能力，以進(jìn)一步改善LED照明的能效。

SSL2101可以驅(qū)動(dòng)各種具有不同電源要求的照明系統(tǒng)，包括LED改良型燈具、LED模塊、LED聚光燈、射燈以及用于商店展示的LED燈串。

SSL2101具有的可調(diào)光能力為照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)更高能效的系統(tǒng)提供了不可多得的機(jī)會(huì)。這款高成本效益比器件具有高集成度，電子組件總數(shù)量少，電路板空間保持最小，同時(shí)使設(shè)計(jì)師能充分利用LED可調(diào)光特性的優(yōu)勢(shì)。

SSL2101與當(dāng)今照明基礎(chǔ)設(shè)施完全兼容，可以直接采用整流市電電源并結(jié)合相位調(diào)光器工作。SSL2101含有高壓電源開(kāi)關(guān)，可以直接從整流市電電壓?jiǎn)?dòng)，因而無(wú)需外部啟動(dòng)電路。為支持調(diào)光能力，SSL2101包含兩個(gè)集成高壓開(kāi)關(guān)用于分壓器操作，以及一個(gè)輸入，用于感應(yīng)實(shí)時(shí)燈具功率，并在需要時(shí)激活附加分壓器工作。

SSL2101還能在一塊芯片上提供非隔離(降壓)與隔離(回掃)解決方案。它有一個(gè)附加輸入，可以用來(lái)檢測(cè)電感組件的退磁，確保磁性材料得到充分利用，防止電流硬開(kāi)關(guān)。該器件的內(nèi)置電路可以用來(lái)降低電容性接通損耗，優(yōu)化谷底開(kāi)關(guān)效率，使SSL2101在低功率水平時(shí)能進(jìn)行高效功率轉(zhuǎn)換。SSL2101使用接通時(shí)間模式和頻率模式來(lái)控制LED亮度。頻率變化控制與接通時(shí)間控制二者相結(jié)合，產(chǎn)生與白熾燈相似的調(diào)光曲線。兩種控制方法的使用還使設(shè)計(jì)師能降低峰值電流，幫助減小變壓器或電感器的聲頻噪聲。

這款I(lǐng)C透過(guò)散熱增強(qiáng)封裝和內(nèi)置過(guò)熱保護(hù)功能(OTP)提供可靠且安全的散熱解決方案。它還具有短繞組保護(hù)(SWP)和過(guò)流保護(hù)(OTP)功能，符合有關(guān)安全與功率因子的法規(guī)要求。
 

NXP SSL2101主要功能特點(diǎn)

SSL2101是一個(gè)采用SO16封裝的多芯片模組(MCM)，它包含一個(gè)高效率的電源轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)市電調(diào)光兼容性，與現(xiàn)有解決方案相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

NXP SSL2101 DEMO介紹

目前我們應(yīng)用該調(diào)光IC已制作完成LED調(diào)光球泡燈DEMO,同時(shí)配合使用三星2瓦LED光源(2瓦LED光通量達(dá)到150LM)，它能利用現(xiàn)有的調(diào)光系統(tǒng)，對(duì)LED球泡燈實(shí)現(xiàn)0%-100%范圍內(nèi)的連續(xù)可調(diào)，效率達(dá)到70%以上。該電源驅(qū)動(dòng)三顆2瓦三星LED,總功率達(dá)6瓦(輸入電壓：220V,輸出：0.18A/30V)。

SSL2101正通過(guò)一項(xiàng)業(yè)內(nèi)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的加速壽命測(cè)試，測(cè)試自2008年12月開(kāi)始，以零故障運(yùn)行。截至目前，該測(cè)試運(yùn)行時(shí)間已達(dá)7,000小時(shí)并仍在繼續(xù)進(jìn)行。半導(dǎo)體行業(yè)的傳統(tǒng)壽命測(cè)試程序通常以1,000小時(shí)測(cè)試時(shí)間為基準(zhǔn)，此次測(cè)試遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這一標(biāo)準(zhǔn)。

測(cè)試人員從標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的產(chǎn)品中隨機(jī)抽取一批SSL2101 IC驅(qū)動(dòng)器在高應(yīng)力條件下進(jìn)行測(cè)試，全部測(cè)試樣品在150°C的IC結(jié)點(diǎn)溫度下運(yùn)行超過(guò)7,000小時(shí)之后仍保持了完整的功能性。測(cè)試過(guò)程中采取多項(xiàng)測(cè)試與不同設(shè)置來(lái)檢測(cè)在若干使用情況下的所有可能失效模式，其中包括持續(xù)開(kāi)啟、開(kāi)/關(guān)切換循環(huán)以及各種使用組合。根據(jù)壽命加速模型，SSL2101在真實(shí)照明應(yīng)用中的推斷壽命估計(jì)如下：

NXP SSL2102介紹

它是最新LED集成市電調(diào)光驅(qū)動(dòng)器IC,能支持25W最大功率，其深度調(diào)光能力可低至全光照強(qiáng)度的1%,并兼容多種調(diào)光器。尺寸小巧、高度集成、高能效的LED驅(qū)動(dòng)器IC是小型密封LED照明燈具應(yīng)用的理想選擇。

SSL2102適用于高能效和高功率因數(shù)LED照明燈具應(yīng)用，其中包括：8W到15W的緊湊型應(yīng)用;15W到25W的LED模塊，應(yīng)用于諸如LED聚光燈和筒燈;以及最大功率達(dá)25W的商場(chǎng)專柜展示用LED燈串。

NXP SSL210X 框圖介紹

NXP SSL210X典型應(yīng)用

NXP SSL210X 次級(jí)邊恒流IC應(yīng)用