低电流LED应用的简单、经济及强固的线性恒流稳压方案

凭借着节能、长使用寿命及色彩组合丰富等优势,led成为增速最快的半导体领域之一,近年来的年复合增长率(cagr)高达20%,预计2012年全球led市场总值更将达114亿美元,前景非常可观。

  市场上典型的led驱动器包括两类,即线性驱动器和开关驱动器;进一步细分,则有三种,分别是开关稳压器、线性稳压器和电阻型驱动器。这三种驱动器分别适合不同等级的电流应用,见图1。如电流大于500 ma的大电流应用采用开关稳压器,因为线性驱动器限于自身结构原因,无法提供这样大的电流;而在电流低于200 ma的低电流应用中,通常采用线性稳压器及电阻型驱动器;而在200至500 ma的中等电流应用中,既可以采用线性稳压器,也可以采用开关稳压器。 

图1:不同电流范围所适用的led驱动器。

  开关稳压器的能效高,并提供极佳的亮度控制。线性稳压器结构比较简单,易于设计,提供稳流及过流保护,具有外部电流设定点,且没有电磁兼容性(emc)问题。电阻型驱动器利用电阻这样的简单分立器件,限制led串电流,是一种经济的led驱动方案,同样易于设计,且没有emc问题。

  安森美半导体身为全球领先的高性能、高能效硅解决方案供应商,为不同的led应用提供丰富的开关稳压器及线性稳压器选择。与此同时,市场上的客户也需要一种比开关稳压器和普通线性稳压器经济、但在性能上又比电阻型驱动高出许多的驱动方案。在这种情况下,安森美半导体运用正待批专利的自偏置晶体管(sbt)技术,结合自身超强的工艺控制能力,推出一种新的led驱动方案——分立线性恒流稳压器(ccr),填补了这个市场空隙,并进一步丰富了安森美半导体宽广的led驱动器产品阵容。


低电流led应用及驱动器比较
  新的线性恒流稳压器适合20 ma至200 ma的低电流led应用。如在汽车应用中,组合尾灯的电流要求通常只有数十毫安(ma)。此外,在广告牌文字电路、背光显示牌等商业及工业应用中,输入电压通常为高至30 vdc,而led电流在20 ma至150 ma之间。而在装饰照明、工作灯、景观照明、柜台照明等建筑物及通用照明应用中,输入电压通常为12至48 vac或120/220 vac,而led电流也仅在20至100 ma之间。此外,电冰箱和洗衣机等家用电器中也采用led为小型lcd显示屏背光或替代照明灯泡,这类应用同样需要低电流的led驱动器。

  在低电流led应用中,电阻型驱动器尽管成本较低且结构简单,但这种驱动器在低电压条件下,正向电流较低,会导致led亮度不足,且在负载突降等瞬态条件下,led可能受损。而且,这种解决方案需要恰当的led编码(binning),电阻库存大,且能效低。

  与电阻型驱动器相比,线性恒流稳压器提供稳定电流,在宽电压范围下提供恒定亮度,在高输入电压时保护led,使其免于过驱动,在低输入电压时提供更高的亮度。而得益于其恒流特性,客户可以减少或消除源自不同供应商提供的不同led的编码成本,使系统总成本更低。

图2:ccr结合电阻型驱动器与线性稳压器所长,填补了市场空隙。

  我们可以通过实际的测试来验证这两种驱动器的性能对比情况,见图3。测试中对比了分别采用这两种驱动器实现的组合尾灯,其中的ccr是稳定电流为25 ma的器件。从图中可以看出,在9 v的相同输入电压时,ccr比电阻型驱动器的电流高,使led更亮。在13 v的相同电压输入时,二者亮度一致。电压高于13 v后,ccr的电流逐渐稳流到25 ma,而电阻型驱动器的电流则一直上升,可能导致led过驱动,从而损坏led。此外,ccr提供的电流精度达±10%,完全满足应用要求,而电阻型的电流精度仅为±50%,相差甚远。

图3:电阻型驱动器与稳流电流为25 ma的线性恒流稳压器的v-i曲线比较。


基于专利sbt技术的简单、经济及强固

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计