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第三講:幾個LED照明驅動難題的解決思路

發(fā)布時間:2011-11-30 來源:CNT Networks

要點提示:

  • 省去金線、減小封裝從而降低成本
  • 如何解決攝像機里面的LED燈閃爍
  • 開關控制的LED驅動IC提供高效率方案
  • 調光調不下去和啟動不良如何解決


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成本、效率、閃爍以及可靠性都是LED照明燈具開發(fā)者需要考慮的問題。MPS專家在本文中探討了上述幾個要素的解決策略,例如解決攝像機里面的LED燈閃爍、調光調不下去和啟動不良的解決、通過軟開關控制實現高效率以及省去金線、減小封裝從而降低成本的思路。

數字電路和功率器件有它自己的工藝,把所有DC-DC驅動做到一個晶圓上。這有什么不好的地方?兩個東西連接中間一定有引線等。電能的趨勢是高頻大電流,這就需要寄生參數非常小。假如有引線的話,如果頻率高,寄生電流大了以后會帶來電壓的振蕩等。如果往大電流走,阻抗偏高,整個損耗就會增加。MPS BCD Fast工藝能夠支撐高頻化、電流化,而且MPS的產品也可以做得比競爭對手小很多。MPS第一代產品已經比競爭對手的小,只有競爭對手1/4大,這樣成本可以更低。

省去金線、減小封裝從而降低成本

IC內部大部分是用金線來連接,國內也有銅線。高頻化、大電流的趨勢下會帶來金線成本上升。流過更大的電流,IC需要更粗的金線,勢必會帶來成本的上升。MPS的封裝是用銅鑄的方式跟底下的焊腳連在一起,銅鑄的整個阻抗比金線要小很多;在散熱方面,金線連接的IC要加很多散熱片,但是這種封裝每個引腳都可以當成散熱源,簡單講可以通過PCB的面積來散熱。這樣IC熱阻會比較小,同樣封裝可以做得小。封裝越小越便宜,成本可以降低。

LED照明無非兩種:一種是直流輸入,一種是交流輸入。首先先講一下DC-DC方面。現在有些PAR燈用的不是純粹的直流,用的是電子變壓器。假設電子變壓器是一個高頻AC12V,甚至一些大功率的燈,比如30W、40W。當換成LED之后有什么問題?它的荷載變輕很多之后,有一段時間會停振。如果用降壓IC做,假設擺3顆燈10V。如果用降壓來做,要加很大,才能穩(wěn)定住電壓,比如12V。如果電壓跌到9V,可能就不行了。如果電流放很大會有什么問題?啟動的時候電子變壓器是各種各樣的,可是有很多沒有帶限流保護。如果電流很大,一啟動就會燒掉電子變壓器。所以降壓的時候,在MRS16上有時不是很好用。MPS有什么樣的方案可以做呢?首先是MP2481,這是針對350毫安,1W,有3、4顆燈串聯的。這是 1.4M高頻的IC,頻率越高,電感電流可以用很小。這可以用升壓的方式、降壓的方式、升降壓三種方式來做。剛才講到電子變壓器,12V,可是鎮(zhèn)流鎮(zhèn)出來范圍很大,最低電壓可以到4.5V左右,相比較而言電流可以用相對較小的來處理。整個外圍元器件非常簡單,沒有二極管,所有的保護有開路的,有短路的。這個是業(yè)內不多的一顆就能夠提供升降壓的IC。

車載車燈用的是鉛酸電池是12V??墒擒囕d在搭載點火的時候,電壓跳動很厲害,有時候會跳到20幾伏,甚至30幾伏,這就需要一個高壓IC來做,另外也能低到9V、8V。如果有客戶想做車載車燈等,MP2483是一個選擇,另外也可以提供車載認證。因為高壓技術,做直流高壓,標準的工藝能夠做到30V左右。可是再往高壓,并沒有這個可能。

如何解決攝像機里面的LED燈閃爍

現在一般路燈的方案三級方案比較多,首先進來是PFC,輸出DC電壓,然后有很多不同功率的需求,每一個都需要一個恒流。像這種情況下,500毫安、350毫安可以做到97%,接近98%的效率,非常高,這是業(yè)內很難做到的。所以MP4688適合做700毫安、350毫安的路燈。另外有一些客戶,以T8燈管為例,需要PFC、需要隔離。因為用單級PFC做出來的輸入紋波,如果拿122HZ高清的攝像機去拍,畫面上燈會閃爍。這種閃爍如果出現在拍電影現場,這是不太好的現象。這時候怎么做?前級還是PFC配合一個高壓的DC-DC。這種DC-DC頻率很高,很容易把100HZ的頻率給濾掉,所以在LED燈端看不到固定的紋波。 

MP4689跟上文提到的MP4688能夠支撐100V耐壓的DC-DC。還有MP2489,60V,2mm×2mm非常小。這也是一個高壓的,電路非常簡單,因為是自環(huán)控制的,所以只有一個檢測電阻、二極管、電感,適合用于比較緊湊的、做的非常小的燈。

AC-DC輸入現在做得很多,特別是日本做白熾燈替換計劃,現在政府補貼做LED警報燈等等。AC-DC分兩種,一種是隔離的,一種是非隔離的。非隔離的成本相對是低的。現在除日本,國內有一些客戶在大規(guī)模做非隔離的。

軟開關控制的LED驅動IC提供高效率方案

還有做調光的。首先看一看MP4000,1-30W非隔離的LED驅動。非隔離的電路比較簡單,不需要變壓器。MP4000也是唯一一個做軟開關的IC。什么叫軟開關?大家知道一個電源的效率高低取決于損耗。損耗是哪里來?兩方面,一是導通損耗,二是開關電源有開關損耗,包括驅動損耗。這里面跟什么有關系?跟頻率有關系。一般的開關損耗是電流和電壓的積分。傳統(tǒng)的做法是硬開關,開關損耗相對比較大。因為電壓下來,電流上去時有交叉的部分。這是一個軟開關的IC,是怎么實現的呢?大家知道臨界導通模式,通過電驅動端,臨界導入的時候會發(fā)現電壓突變,所以檢測到電流倒流,這是零電流開通的模式。零電流能夠帶來效率,比如做到90%的效率跟競爭對手相比,能節(jié)省開關損耗和導通損耗。另外二級管部分,如果是CCM硬開關,就需要很快的反向恢復,可是MP4000這種模式就不需要。

日本的電壓是100V AC。MP4005很簡單。一個是190V,一個是220V,阻抗是4.85Ω。控制方式也是軟開關的技術,所以能夠提供很好的效率,外圍器件非常的簡單。這是針對美國和日本市場的非隔離驅動。AC- DC電阻損耗較大。MP4001的Smart  LDO直接供電給IC。只有電壓在15-30V的區(qū)間才可以充電,其它是阻斷的,充電時間非常短。所以Smart  LDO能夠提供損耗非常小的方案。如果做3W、5W的用MP4001可以提供非常高的效率。

非隔離不需要PFC,特別是針對低功率應用??墒钱旈_發(fā)8W以上功率的LED驅動,就需要提供PFC。MP4020/4021系列是一個Single Stage PFC隔離方案。跟傳統(tǒng)的對比來講,成本上可以省掉很多,還有很高的PFC值, 另外它也是一個臨界導通模式,導通時損耗會比較小。

調光調不下去和啟動不良如何解決

假如導通角被切掉很多的時候,啟動往往會是一個問題,對于IC來講,因為電壓很低,調光調不下去或者會有閃爍。MP4030提供了很好的解決方案。調光調不下去很多原因是因為LED發(fā)生了變化。假如電流原來是350毫安,現在調到100毫安以下,人眼不太看得出來有變化,這是LED的指數效應。比如導通角是50%,電流就是50%;導通角只有20%,電流就是20%。假設切掉80%,還剩20%,其實肉眼看上去好像沒什么變化,如果去測電流,電流是在變化,可是人肉眼識別不出來。針對MP4030,在導通角比較大的時候,電流跟導通角的變化斜率變大,導通角變小時電流變化更快,這樣可以明顯看到有調光效果,這是很重要的一個改變。另外這個IC其實就不需要維持電流,不需要在IC側加任何東西,不需要加電流,不需要加電阻,損耗也非常小。

剛才講到啟動問題,假如導通角很小的時候,電壓很低。假如直接從上面取電啟動,可能啟動會有問題。或者啟動非常慢。如果啟動一個燈,可能要10分鐘才亮。MPS方案在導通角即使很小的時候,啟動不會有問題,所以解決了很多問題,包括啟動和閃爍。閃爍問題,很多是因為調光不理想,沒有維持電流,所以MP4030是一個非常好的方案。

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