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第三講:幾個(gè)LED照明驅(qū)動(dòng)難題的解決思路

發(fā)布時(shí)間:2011-11-30 來(lái)源:CNT Networks

要點(diǎn)提示:

  • 省去金線、減小封裝從而降低成本
  • 如何解決攝像機(jī)里面的LED燈閃爍
  • 開(kāi)關(guān)控制的LED驅(qū)動(dòng)IC提供高效率方案
  • 調(diào)光調(diào)不下去和啟動(dòng)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(kāi)發(fā)者需要考慮的問(wèn)題。MPS專家在本文中探討了上述幾個(gè)要素的解決策略,例如解決攝像機(jī)里面的LED燈閃爍、調(diào)光調(diào)不下去和啟動(dòng)不良的解決、通過(guò)軟開(kāi)關(guān)控制實(shí)現(xiàn)高效率以及省去金線、減小封裝從而降低成本的思路。

數(shù)字電路和功率器件有它自己的工藝,把所有DC-DC驅(qū)動(dòng)做到一個(gè)晶圓上。這有什么不好的地方??jī)蓚€(gè)東西連接中間一定有引線等。電能的趨勢(shì)是高頻大電流,這就需要寄生參數(shù)非常小。假如有引線的話,如果頻率高,寄生電流大了以后會(huì)帶來(lái)電壓的振蕩等。如果往大電流走,阻抗偏高,整個(gè)損耗就會(huì)增加。MPS BCD Fast工藝能夠支撐高頻化、電流化,而且MPS的產(chǎn)品也可以做得比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手小很多。MPS第一代產(chǎn)品已經(jīng)比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的小,只有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(nèi)部大部分是用金線來(lái)連接,國(guó)內(nèi)也有銅線。高頻化、大電流的趨勢(shì)下會(huì)帶來(lái)金線成本上升。流過(guò)更大的電流,IC需要更粗的金線,勢(shì)必會(huì)帶來(lái)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(gè)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(gè)引腳都可以當(dāng)成散熱源,簡(jiǎn)單講可以通過(guò)PCB的面積來(lái)散熱。這樣IC熱阻會(huì)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(wú)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?,F(xiàn)在有些PAR燈用的不是純粹的直流,用的是電子變壓器。假設(shè)電子變壓器是一個(gè)高頻AC12V,甚至一些大功率的燈,比如30W、40W。當(dāng)換成LED之后有什么問(wèn)題?它的荷載變輕很多之后,有一段時(shí)間會(huì)停振。如果用降壓IC做,假設(shè)擺3顆燈10V。如果用降壓來(lái)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(huì)有什么問(wèn)題?啟動(dòng)的時(shí)候電子變壓器是各種各樣的,可是有很多沒(méi)有帶限流保護(hù)。如果電流很大,一啟動(dòng)就會(huì)燒掉電子變壓器。所以降壓的時(shí)候,在MRS16上有時(shí)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(duì)350毫安,1W,有3、4顆燈串聯(lián)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(lái)做。剛才講到電子變壓器,12V,可是鎮(zhèn)流鎮(zhèn)出來(lái)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(duì)較小的來(lái)處理。整個(gè)外圍元器件非常簡(jiǎn)單,沒(méi)有二極管,所有的保護(hù)有開(kāi)路的,有短路的。這個(gè)是業(yè)內(nèi)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(diǎn)火的時(shí)候,電壓跳動(dòng)很厲害,有時(shí)候會(huì)跳到20幾伏,甚至30幾伏,這就需要一個(gè)高壓IC來(lái)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(gè)選擇,另外也可以提供車載認(rèn)證。因?yàn)楦邏杭夹g(shù),做直流高壓,標(biāo)準(zhǔn)的工藝能夠做到30V左右。可是再往高壓,并沒(méi)有這個(gè)可能。

如何解決攝像機(jī)里面的LED燈閃爍

現(xiàn)在一般路燈的方案三級(jí)方案比較多,首先進(jìn)來(lái)是PFC,輸出DC電壓,然后有很多不同功率的需求,每一個(gè)都需要一個(gè)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(nèi)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?yàn)橛脝渭?jí)PFC做出來(lái)的輸入紋波,如果拿122HZ高清的攝像機(jī)去拍,畫面上燈會(huì)閃爍。這種閃爍如果出現(xiàn)在拍電影現(xiàn)場(chǎng),這是不太好的現(xiàn)象。這時(shí)候怎么做?前級(jí)還是PFC配合一個(gè)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(gè)高壓的,電路非常簡(jiǎn)單,因?yàn)槭亲原h(huán)控制的,所以只有一個(gè)檢測(cè)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(xiàn)在做得很多,特別是日本做白熾燈替換計(jì)劃,現(xiàn)在政府補(bǔ)貼做LED警報(bào)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(duì)是低的?,F(xiàn)在除日本,國(guó)內(nèi)有一些客戶在大規(guī)模做非隔離的。

軟開(kāi)關(guān)控制的LED驅(qū)動(dòng)IC提供高效率方案

還有做調(diào)光的。首先看一看MP4000,1-30W非隔離的LED驅(qū)動(dòng)。非隔離的電路比較簡(jiǎn)單,不需要變壓器。MP4000也是唯一一個(gè)做軟開(kāi)關(guān)的IC。什么叫軟開(kāi)關(guān)?大家知道一個(gè)電源的效率高低取決于損耗。損耗是哪里來(lái)??jī)煞矫?,一是?dǎo)通損耗,二是開(kāi)關(guān)電源有開(kāi)關(guān)損耗,包括驅(qū)動(dòng)損耗。這里面跟什么有關(guān)系?跟頻率有關(guān)系。一般的開(kāi)關(guān)損耗是電流和電壓的積分。傳統(tǒng)的做法是硬開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)損耗相對(duì)比較大。因?yàn)殡妷合聛?lái),電流上去時(shí)有交叉的部分。這是一個(gè)軟開(kāi)關(guān)的IC,是怎么實(shí)現(xiàn)的呢?大家知道臨界導(dǎo)通模式,通過(guò)電驅(qū)動(dòng)端,臨界導(dǎo)入的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓突變,所以檢測(cè)到電流倒流,這是零電流開(kāi)通的模式。零電流能夠帶來(lái)效率,比如做到90%的效率跟競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比,能節(jié)省開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。另外二級(jí)管部分,如果是CCM硬開(kāi)關(guān),就需要很快的反向恢復(fù),可是MP4000這種模式就不需要。

日本的電壓是100V AC。MP4005很簡(jiǎn)單。一個(gè)是190V,一個(gè)是220V,阻抗是4.85Ω??刂品绞揭彩擒涢_(kāi)關(guān)的技術(shù),所以能夠提供很好的效率,外圍器件非常的簡(jiǎn)單。這是針對(duì)美國(guó)和日本市場(chǎng)的非隔離驅(qū)動(dòng)。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(shí)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(duì)低功率應(yīng)用??墒钱?dāng)開(kāi)發(fā)8W以上功率的LED驅(qū)動(dòng),就需要提供PFC。MP4020/4021系列是一個(gè)Single Stage PFC隔離方案。跟傳統(tǒng)的對(duì)比來(lái)講,成本上可以省掉很多,還有很高的PFC值, 另外它也是一個(gè)臨界導(dǎo)通模式,導(dǎo)通時(shí)損耗會(huì)比較小。

調(diào)光調(diào)不下去和啟動(dòng)不良如何解決

假如導(dǎo)通角被切掉很多的時(shí)候,啟動(dòng)往往會(huì)是一個(gè)問(wèn)題,對(duì)于IC來(lái)講,因?yàn)殡妷汉艿?,調(diào)光調(diào)不下去或者會(huì)有閃爍。MP4030提供了很好的解決方案。調(diào)光調(diào)不下去很多原因是因?yàn)長(zhǎng)ED發(fā)生了變化。假如電流原來(lái)是350毫安,現(xiàn)在調(diào)到100毫安以下,人眼不太看得出來(lái)有變化,這是LED的指數(shù)效應(yīng)。比如導(dǎo)通角是50%,電流就是50%;導(dǎo)通角只有20%,電流就是20%。假設(shè)切掉80%,還剩20%,其實(shí)肉眼看上去好像沒(méi)什么變化,如果去測(cè)電流,電流是在變化,可是人肉眼識(shí)別不出來(lái)。針對(duì)MP4030,在導(dǎo)通角比較大的時(shí)候,電流跟導(dǎo)通角的變化斜率變大,導(dǎo)通角變小時(shí)電流變化更快,這樣可以明顯看到有調(diào)光效果,這是很重要的一個(gè)改變。另外這個(gè)IC其實(shí)就不需要維持電流,不需要在IC側(cè)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(dòng)問(wèn)題,假如導(dǎo)通角很小的時(shí)候,電壓很低。假如直接從上面取電啟動(dòng),可能啟動(dòng)會(huì)有問(wèn)題。或者啟動(dòng)非常慢。如果啟動(dòng)一個(gè)燈,可能要10分鐘才亮。MPS方案在導(dǎo)通角即使很小的時(shí)候,啟動(dòng)不會(huì)有問(wèn)題,所以解決了很多問(wèn)題,包括啟動(dòng)和閃爍。閃爍問(wèn)題,很多是因?yàn)檎{(diào)光不理想,沒(méi)有維持電流,所以MP4030是一個(gè)非常好的方案。

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