配合通用照明趨勢的高能效LED驅動器設計方案

引言

隨著LED技術的不斷發展，其在通用照明領域的應用越來越廣泛。相較于傳統的白熾燈、鹵素燈和CFL（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保性能。然而，要充分發揮LED照明的高能效優勢，高能效的LED驅動器設計至關重要。本文將詳細介紹配合通用照明趨勢的高能效LED驅動器設計方案，并重點探討主控芯片的作用及其詳細型號。

一、LED驅動器設計的挑戰

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

2. 空間限制：LED燈泡內部空間有限，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驅動器的選擇也構成了挑戰。設計人員需要優化LED驅動器選擇，以配合不同照明及功率要求。

4. 安規和拓撲結構：出于安規和LED選擇等因素，設計人員需要考慮采用隔離還是非隔離拓撲結構，這也影響了LED驅動器的選擇。

二、高能效LED驅動器設計方案

1. PWM控制方式

   PWM（脈沖寬度調制）是一種常用的LED驅動控制方式。通過調節PWM信號的占空比，可以控制LED的平均亮度。這種方式不僅能夠實現調光功能，還能在寬輸入電壓范圍內保持恒流驅動，提高能效。

• 恒定頻率和恒定關斷時間：根據PWM調節方式，LED驅動器可以分為恒定頻率和恒定關斷時間兩類。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節LED亮度。恒定關斷時間方式則通過保持PWM信號的關斷時間不變，通過改變導通時間來調節亮度。

• 電感計算：在穩定狀態下，加在電感兩端的電壓乘以導通時間等于關斷時刻電感電壓乘以關斷時間，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，通過變壓器實現電氣隔離。當采用隔離方式時，建議變壓器工作在非連續方式（即每個周期結束時，變壓器無剩磁），以保證每次開關周期，變壓器原邊傳送給副邊的能量相同（與電源電壓無關）。

• 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用電路。

• 直流輸入：對于直流輸入，可以直接接入驅動電路，無需進行整流濾波。

三、主控芯片型號及其在設計中的作用

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

1. AX2028

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

• 作用：AX2028采用獨特的技術進行恒流控制和補償方法，使LED電流在交流85V~265V范圍內變化小于±3%。其優化的系統結構使得系統效率高于92%，可廣泛應用于E14、E27、PAR30、PAR38、GU10等燈杯和LED日光燈。AX2028具有多重LED保護功能，包括LED開路保護、LED短路保護、過溫保護等。

• 應用實例：在AX2028_TUBE_18W非隔離應用設計中，LED光源陣列設計為0.06W白光LED（SMT或草帽燈）24個串聯、12串并聯的方案，驅動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恒流系統電路來驅動LED工作。

2. NCL30000/NCL30002/NCL3008x系列

• 型號介紹：NCL30000是單段式功率因數校正（PFC）、支持TRIAC調光的LED驅動器，采用次級端控制器，支持反激/降壓/降壓-升壓等拓撲結構。NCL30002也是單段式功率因數校正LED驅動器，支持降壓拓撲結構，提供±3%的電流容限。NCL3008x系列是新推出的高能效準諧振控制器，用于低功率LED照明應用。

• 作用：NCL30000/NCL30002系列提供了高功率因數校正和穩定的LED電流輸出，適用于多種拓撲結構。NCL3008x系列具有高穩流精度、支持寬正向壓降（Vf）范圍、低電磁干擾（EMI）及集成強固保護特性等優勢，符合美國“能源之星”對功率大于5W的LED燈泡在功率因數方面的要求（PF>0.7）。

• 應用實例：NCL3008x系列器件可用于設計低功率LED通用照明應用的驅動器，如A19燈泡等。

3. BP1371

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

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

4. FZH114C

• 型號介紹：FZH114C是一顆LED驅動芯片，采用UART協議單線通訊，采用SOP16封裝，外圍元件十分精簡。

• 作用：FZH114C通過UART協議實現與主控器的通訊，簡化了電路設計。其精簡的外圍元件和高效的驅動能力使其適用于多種LED照明應用。

5. IS31FL3731

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

• 作用：IS31FL3731不僅具有高效的驅動能力，還通過交叉復用功能減少了線路數量，優化了PCB空間利用。其256級線性調光功能為LED照明提供了精細的亮度控制。

6. OC5022B

• 型號介紹：OC5022B是一顆內置60V耐壓MOS管的LED恒流驅動芯片，支持PWM調光和線性調光。它內部集成VDD穩壓管以及過溫保護電路，效率高達93%，最大工作頻率為1MHz，采用ESOP8封裝。

• 作用：OC5022B的內置MOS管和高效驅動能力使其適用于多種LED照明應用。其PWM調光和線性調光功能提供了靈活的亮度控制選項。過溫保護電路和高效能確保了驅動器的穩定性和可靠性。

7. OB3350

• 型號介紹：OB3350是一顆LED背光驅動芯片，采用電流模式控制，支持過壓保護、過電流保護和欠壓閉鎖以及過熱關斷保護。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。其多重保護功能提高了驅動器的穩定性和可靠性，適用于LCD背光等應用。

8. PT4115

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

• 作用：PT4115的開關降壓模式驅動能力使其適用于高亮LED照明應用。其高效的驅動能力和穩定的輸出電流確保了LED的穩定工作。

9. SY58237

• 型號介紹：SY58237是一顆LED驅動芯片，采用準諧振反激拓撲，內置650V NMOS。它采用專有的浮動開關設置，無需光耦和輔助線圈反饋，具有可靠的LED短路和開路保護，支持熱折返，采用DIP8封裝。

• 作用：

  SY58237的高能效準諧振反激拓撲和內置650V NMOS使其非常適合于高效率、高功率密度的LED照明應用。其專有的浮動開關設置簡化了電路設計，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短路和開路保護以及熱折返功能，進一步增強了驅動器的穩定性和安全性。
• 應用實例：SY58237可以應用于各種LED照明產品，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功能使其成為這些應用的理想選擇。
  

10. AP3015

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

• 作用：AP3015的原邊反饋技術使其能夠在不增加額外元件的情況下實現恒流輸出，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功能使其適用于各種LED照明應用，如LED筒燈、LED射燈等。

• 應用實例：在LED筒燈的設計中，AP3015可以作為驅動器芯片，提供穩定的恒流輸出，確保LED的穩定工作。其過溫保護和短路保護功能可以保護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驅動器IC，適用于恒流LED照明應用。它采用高壓工藝，集成了700V功率MOSFET、振蕩器、高壓開關電流源、頻率抖動和逐周期電流限制等功能。LNK306PN還支持準諧振（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的方式驅動LED。其逐周期電流限制功能可以保護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光方式，適用于各種LED照明應用。

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

四、設計注意事項

在設計高能效LED驅動器時，需要注意以下幾點：

1. 選擇合適的拓撲結構：根據輸入電壓、輸出功率和LED特性選擇合適的拓撲結構，如降壓、升壓、降壓-升壓或反激等。

2. 優化電感設計：電感的選擇和設計對驅動器的效率和穩定性至關重要。需要根據輸入電壓范圍、輸出電流和開關頻率等因素進行優化設計。

3. 散熱設計：LED驅動器在工作時會產生一定的熱量，需要進行合理的散熱設計，以確保驅動器的穩定工作和延長使用壽命。

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

5. 選擇合適的調光方式：根據應用需求選擇合適的調光方式，如PWM調光、模擬調光或數字調光等。

五、結論

配合通用照明趨勢的高能效LED驅動器設計方案需要綜合考慮輸入電壓范圍、輸出功率、LED特性、拓撲結構、電感設計、散熱設計、保護電路設計和調光方式等因素。通過選擇合適的主控芯片和優化電路設計，可以實現高效率、高穩定性和可靠性的LED驅動器。本文介紹了一些常用的高能效LED驅動器主控芯片型號及其在設計中的作用，并提供了設計注意事項，為LED驅動器設計提供了參考。