近年來(lái)，高亮度LED的應用領(lǐng)域不斷增多，涵蓋從移動(dòng)設備背光、中大尺寸LCD背光、汽車(chē)內部及外部照明及通用照明等寬廣范圍。常見(jiàn)DC-DC LED照明應用包括景觀(guān)照明、內部低壓道路照明、太陽(yáng)能供電照明、汽車(chē)照明、應用車(chē)輛照明、船舶應用、低壓鹵素類(lèi)替代及飛機內部照明等。
安森美半導體提供DC-DC低功率 LED照明應用的多款LED驅動(dòng)器，涵蓋升壓、降壓以及升降壓等不同拓撲結構，如圖1所示。在這系列產(chǎn)品中，NCL30160和NCL30161是安森美半導體較新的兩款DC-DC LED驅動(dòng)器。NCL30161 LED驅動(dòng)器適合于寬電壓應用，它可通過(guò)平均電流控制使LED紋波電流控制在平均電流的10%，輸出不需要濾波電容，而且支持PWM或模擬調光；還有一款轉換器NCL30160集成了MOSFET，同樣可最大限度地減少空間和成本。本文將重點(diǎn)介紹這兩款產(chǎn)品的關(guān)鍵特性及應用設計要點(diǎn)。

圖1：安森美半導體DC-DC LED驅動(dòng)器選型決策鏈。

NCL30161的優(yōu)勢和典型應用
NCL30161是一款平均電流滯環(huán)控制模式高亮度LED降壓控制器。由于LED紋波電流得到了有效的控制，輸出不需要濾波電容；高達1.4 MHz頻率下的工作，外圍可以使用小尺寸的被動(dòng)元件；通過(guò)外接電阻或線(xiàn)性降壓給芯片提供電壓，可以支持高壓輸入；支持脈寬調制(PWM)或模擬調光。模擬調光簡(jiǎn)單地調節LED串的DC電流，以改變LED的光輸出；而PWM調光則是改變LED串中恒定電流的占空比，以有效改變LED串中的平均電流，以此實(shí)現調光。
NCL30161具有很多特色功能，如Vin輸入電壓范圍6.3 V至40 V，可外部擴展至更高的輸入電壓；LED電流可通過(guò)外部電阻設定，可以在100%占空比工作；控制器不需要進(jìn)行環(huán)路補償，滯環(huán)控制可實(shí)現好的電源注入抑制和快速的負載瞬態(tài)響應；當有多串LED(如RGB)時(shí)，地端電流檢測可以采用多串LED如RGB共陽(yáng)連接，減少LED串的連線(xiàn)數量；單一管腳實(shí)現PWM調光和使能控制，調光范圍寬；支持輸出全陶瓷電容或無(wú)輸出電容設計，使用很小的外部元件，節省空間和成本；完善的保護功能包括可調節的LED電流、LED短路保護和輸入欠壓保護，以及過(guò)熱保護功能。
由于采用極少的外部元件，NCL30161是汽車(chē)、工業(yè)和通用照明的理想解決方案，市場(chǎng)和應用包括LED驅動(dòng)器、恒流源、汽車(chē)照明、通用照明和工業(yè)照明。

圖2：NCL30161典型應用降壓LED驅動(dòng)器
圖2是NCL30161的典型應用降壓LED驅動(dòng)器的框圖�？梢钥吹�，LED直接連接到輸入電壓，電流通過(guò)連接到地端的R_SENSE設置；PWM調光和使能控制通過(guò)芯片的DIM/Enable腳實(shí)現；R_OT用來(lái)設置初始關(guān)斷時(shí)間。
這是一個(gè)平均電流滯環(huán)控制倒置Buck拓撲結構，外置MOSFET可以實(shí)現大電流LED驅動(dòng)，連續電流模式不需要輸出電容；工作頻率高達1.4 MHz，可以通過(guò)外部電感進(jìn)行調整。
圖3是NCL30161內部框圖，它由7個(gè)部分組成：內部LDO部分把輸入的高電壓變?yōu)? V穩壓，為內部邏輯供電，包括外部MOSFET的驅動(dòng)；PWM調光和使能控制部分；MOSFET驅動(dòng)部分；內部比較器峰值電流檢測部分，比較電壓為220 mV；谷值電流檢測，內部設定在180 mV；LED短路檢測；關(guān)斷時(shí)間調整。


圖3：NCL30161內部框圖
NCL30161的控制邏輯如下，通過(guò)檢測LED的峰值和谷值電流，可以實(shí)現LED電流的滯環(huán)控制，LED的紋波電流控制在平均電流的±10%以?xún)�，由于同時(shí)控制LED的峰值電流和谷值電流，LED的平均電流恒定，不隨輸入電壓和串聯(lián)LED數量的變化而變化。MOSFET開(kāi)通時(shí)，LED電流增加到達峰值電流220 mV時(shí)，MOSFET關(guān)斷；MOSFET關(guān)斷時(shí)，LED電流下降，內部關(guān)斷時(shí)間定時(shí)器決定關(guān)斷時(shí)間，達到定時(shí)時(shí)間，MOSFET開(kāi)通時(shí)檢測谷值電流并根據檢測到的谷值電流調整下一次關(guān)斷時(shí)間，穩態(tài)時(shí)谷值電流被控制在180 mV。
在圖4中右側可以看到NCL30161的典型電流波形，紅色為MOSFET開(kāi)通時(shí)的電流路徑；綠色為MOSFET關(guān)斷時(shí)的電流路徑；右側最下面是LED電流波形，可以看到它是連續的，且紋波電流在±10%以?xún)取?br />
圖4：電流波形
由于MOSFET關(guān)斷時(shí)沒(méi)有電流，地端的電流檢測電阻無(wú)法檢測到電流，因此需要關(guān)斷時(shí)間設定電阻R_OT來(lái)設置初始的關(guān)斷時(shí)間，關(guān)斷時(shí)間設定電阻只在啟動(dòng)的時(shí)候起作用，啟動(dòng)結束后由內部時(shí)間關(guān)斷定時(shí)器來(lái)控制關(guān)斷時(shí)間。選擇電阻值R_OT時(shí)，首先利用等式(1)計算關(guān)斷時(shí)間；然后利用(2)計算電阻值：
            (1)
                           (2)
圖5是NCL30161典型應用的能效曲線(xiàn)。其外部MOSFET是安森美半導體的60 V NTTFS5826。左圖是300 mA輸出時(shí)不同LED數的效率曲線(xiàn)；右圖是1 A輸出時(shí)不同LED數的效率曲線(xiàn)，可以看到整個(gè)效率是比較高的。

圖5：NCL30161典型應用能效
PWM調光功能可以通過(guò)DIM/EN腳實(shí)現；圖6中左圖是PWM調光占空比和輸出平均電流的曲線(xiàn)，可以看到PWM占空比和輸出電流的線(xiàn)性度很好。右圖是PWM調光信號高/低時(shí)LED電流的變化，可以看到電流的波動(dòng)范圍很小。NCL30161也可以通過(guò)在CS腳的R7加入一個(gè)直流偏置電壓信號來(lái)實(shí)現模擬調光。這樣，施加的模擬電壓不同，LED電流就會(huì )變化，從而實(shí)現模擬調光，如圖7。

圖6：PWM調光

圖7：模擬調光
由于NCL30161是在輸入端連接LED串(電流檢測在地端)），在連接多串LED時(shí)，LED串的陽(yáng)極可以共用一條母線(xiàn)，LED串連線(xiàn)數為n+1；而上端檢測LED電流的方式需要2n的連線(xiàn)數量，如圖8。

圖8：多串LED的連接
如果應用的輸入電壓范圍超過(guò)芯片的40 V耐壓，在要擴展輸入電壓范圍時(shí)，可以在Vin端串聯(lián)電阻或增加線(xiàn)性調節器，圖9中使用了一個(gè)三極管、一個(gè)穩壓管和一個(gè)電阻，將芯片Vin的電壓限定在40 V以下為芯片Vin供電；功率輸入部分的電壓可以高于40 V，如75 V，如圖9。這時(shí)，可以選用高耐壓的MOSFET來(lái)滿(mǎn)足高壓輸入的要求。

圖9：擴展輸入電壓
NCL30161除了可以實(shí)現降壓控制之外，還可以實(shí)現升壓控制，圖10是其典型電路。當沒(méi)有R7時(shí)，NCL30161可以在恒流輸入狀態(tài)工作，加入前饋電路R7后可實(shí)現恒功率輸入升壓控制。

圖10：恒功率輸入升壓控制

NCL30160的不同之處
除NCL30161以外，安森美半導體還為驅動(dòng)大功率LED新推出一款NFET遲滯降壓、恒流高亮度LED驅動(dòng)器NCL30160。這個(gè)新一代高能效的解決方案集成了MOSFET，電流提升到了1.5安培，損耗非常低，體積也更小，可最大限度地減少空間和成本，并集成了多種保護功能。
這款器件接受6.3 V至40 V輸入電壓，利用集成的1 A/50 mΩ低導通阻抗內部MOSFET及以100%占空比工作的能力，能夠提供能效高達98%的方案。由于集成MOSFET耐壓僅為40 V，因此NCL30160只適合于40 V以下輸入、1.2 A以下的應用。與NCL30161相同，其最高1.4 MHz的高開(kāi)關(guān)頻率使設計人員可采用更小的外部元件，將電路板尺寸減至最小，成本降至最低。圖11是NCL30160的內部框圖。

圖11：NCL30160內部框圖
NCL30160為區域照明及路燈等講究高能效、高亮度的中大功率LED通用照明應用提供了極佳的方案，同時(shí)適用于MR16 LED燈泡等住宅應用。
圖12是NCL30160連接不同LED數和不同電流時(shí)的能效曲線(xiàn)�？梢钥吹�，其能效是非常高的。

圖12：NCL30160典型應用能效
安森美半導體還為上述器件提供輔助設計工具和支持，包括Excel表格工具、評估板和24 V LED燈條應用注釋。在Excel表格設計工具中，工程師只需要填入輸入電壓、輸出LED的數量、LED的壓降和LED的數量，即可自動(dòng)計算出所需的結果，非�？旖莘奖�。