配合通用照明趋势的高能效LED驱动器设计方案

引言

随着LED技术的不断发展，其在通用照明领域的应用越来越广泛。相较于传统的白炽灯、卤素灯和CFL（紧凑型荧光灯），LED灯具具有更高的能效、更长的使用寿命和更好的环保性能。然而，要充分发挥LED照明的高能效优势，高能效的LED驱动器设计至关重要。本文将详细介绍配合通用照明趋势的高能效LED驱动器设计方案，并重点探讨主控芯片的作用及其详细型号。

一、LED驱动器设计的挑战

1. 能效：LED灯泡的形状固定，散热受限，因此采用高能效LED驱动器有助于将更多电能转化为光能，并帮助散热。

2. 空间限制：LED灯泡内部空间有限，需要更大的散热片面积，尤其对于较大功率的灯泡。此外，驱动电子电路的尺寸也需要减小，以配合散热需求。

3. 多种选择：LED的迅速变化提供了多种选择，这对LED驱动器的选择也构成了挑战。设计人员需要优化LED驱动器选择，以配合不同照明及功率要求。

4. 安规和拓扑结构：出于安规和LED选择等因素，设计人员需要考虑采用隔离还是非隔离拓扑结构，这也影响了LED驱动器的选择。

二、高能效LED驱动器设计方案

1. PWM控制方式

   PWM（脉冲宽度调制）是一种常用的LED驱动控制方式。通过调节PWM信号的占空比，可以控制LED的平均亮度。这种方式不仅能够实现调光功能，还能在宽输入电压范围内保持恒流驱动，提高能效。

• 恒定频率和恒定关断时间：根据PWM调节方式，LED驱动器可以分为恒定频率和恒定关断时间两类。恒定频率方式通过保持PWM信号的频率不变，通过改变占空比来调节LED亮度。恒定关断时间方式则通过保持PWM信号的关断时间不变，通过改变导通时间来调节亮度。

• 电感计算：在稳定状态下，加在电感两端的电压乘以导通时间等于关断时刻电感电压乘以关断时间，即 VonTon=VoffToff。电感L的计算公式分别为 L = (Vin–Vo) * Ton /ΔI（恒定频率）和 L=Vo*Toff/ΔI（恒定关断时间）。

2. 隔离与非隔离方式

• 隔离方式：隔离方式主要针对市电交流输入，通过变压器实现电气隔离。当采用隔离方式时，建议变压器工作在非连续方式（即每个周期结束时，变压器无剩磁），以保证每次开关周期，变压器原边传送给副边的能量相同（与电源电压无关）。

• 非隔离方式：非隔离方式则直接通过整流滤波电路将交流输入转换为直流输出，适用于低电压输入或直流输入场合。

3. 电源类别

• 交流输入：当交流市电作为输入时，需要将电源电压整形滤波后接入直流应用电路。

• 直流输入：对于直流输入，可以直接接入驱动电路，无需进行整流滤波。

三、主控芯片型号及其在设计中的作用

主控芯片是LED驱动器设计的核心，其性能直接影响驱动器的能效、稳定性和可靠性。以下是一些常用的高能效LED驱动器主控芯片型号及其在设计中的作用。

1. AX2028

• 型号介绍：AX2028是一款LED驱动恒流控制芯片，系统应用电压范围为12VDC至600VDC，占空比为0100%，固定关断时间工作模式。它支持交流85V265V输入，非隔离和隔离应用方案。

• 作用：AX2028采用独特的技术进行恒流控制和补偿方法，使LED电流在交流85V~265V范围内变化小于±3%。其优化的系统结构使得系统效率高于92%，可广泛应用于E14、E27、PAR30、PAR38、GU10等灯杯和LED日光灯。AX2028具有多重LED保护功能，包括LED开路保护、LED短路保护、过温保护等。

• 应用实例：在AX2028_TUBE_18W非隔离应用设计中，LED光源阵列设计为0.06W白光LED（SMT或草帽灯）24个串联、12串并联的方案，驱动288个小功率WLED，总功率为18W。电路采用了EMI抑制电路、整流滤波电路、填谷PFC电路、AX2028恒流系统电路来驱动LED工作。

2. NCL30000/NCL30002/NCL3008x系列

• 型号介绍：NCL30000是单段式功率因数校正（PFC）、支持TRIAC调光的LED驱动器，采用次级端控制器，支持反激/降压/降压-升压等拓扑结构。NCL30002也是单段式功率因数校正LED驱动器，支持降压拓扑结构，提供±3%的电流容限。NCL3008x系列是新推出的高能效准谐振控制器，用于低功率LED照明应用。

• 作用：NCL30000/NCL30002系列提供了高功率因数校正和稳定的LED电流输出，适用于多种拓扑结构。NCL3008x系列具有高稳流精度、支持宽正向压降（Vf）范围、低电磁干扰（EMI）及集成强固保护特性等优势，符合美国“能源之星”对功率大于5W的LED灯泡在功率因数方面的要求（PF>0.7）。

• 应用实例：NCL3008x系列器件可用于设计低功率LED通用照明应用的驱动器，如A19灯泡等。

3. BP1371

• 型号介绍：BP1371是一款驱动高亮度LED的降压恒流驱动芯片，输入电压为5V至40V，单颗LED最大输出电流可达1.2A。它可通过DIM引脚接受0.5-2.5V的模拟调光以及频率范围很宽的PWM调光。

• 作用：BP1371采用SOT89-5封装，适用于户外电源LED照明灯驱动。其降压恒流特性能够确保LED在宽输入电压范围内稳定工作，并提供灵活的调光功能。

4. FZH114C

• 型号介绍：FZH114C是一颗LED驱动芯片，采用UART协议单线通讯，采用SOP16封装，外围元件十分精简。

• 作用：FZH114C通过UART协议实现与主控器的通讯，简化了电路设计。其精简的外围元件和高效的驱动能力使其适用于多种LED照明应用。

5. IS31FL3731

• 型号介绍：IS31FL3731是一颗紧凑的LED驱动器，支持144个矩阵LED灯驱动。它提供两个块，每个块驱动72个LED，周期率为1/9。通过使用交叉复用功能，将驱动所有144个LED所需的线路减少到18条，优化PCB上的空间利用。

• 作用：IS31FL3731不仅具有高效的驱动能力，还通过交叉复用功能减少了线路数量，优化了PCB空间利用。其256级线性调光功能为LED照明提供了精细的亮度控制。

6. OC5022B

• 型号介绍：OC5022B是一颗内置60V耐压MOS管的LED恒流驱动芯片，支持PWM调光和线性调光。它内部集成VDD稳压管以及过温保护电路，效率高达93%，最大工作频率为1MHz，采用ESOP8封装。

• 作用：OC5022B的内置MOS管和高效驱动能力使其适用于多种LED照明应用。其PWM调光和线性调光功能提供了灵活的亮度控制选项。过温保护电路和高效能确保了驱动器的稳定性和可靠性。

7. OB3350

• 型号介绍：OB3350是一颗LED背光驱动芯片，采用电流模式控制，支持过压保护、过电流保护和欠压闭锁以及过热关断保护。它采用SOP-8封装。

• 作用：OB3350的电流模式控制确保了LED背光的恒流输出。其多重保护功能提高了驱动器的稳定性和可靠性，适用于LCD背光等应用。

8. PT4115

• 型号介绍：PT4115是一颗高亮LED驱动芯片，最高输出电流1.2A，采用开关降压模式驱动。它采用SOT89-5封装。

• 作用：PT4115的开关降压模式驱动能力使其适用于高亮LED照明应用。其高效的驱动能力和稳定的输出电流确保了LED的稳定工作。

9. SY58237

• 型号介绍：SY58237是一颗LED驱动芯片，采用准谐振反激拓扑，内置650V NMOS。它采用专有的浮动开关设置，无需光耦和辅助线圈反馈，具有可靠的LED短路和开路保护，支持热折返，采用DIP8封装。

• 作用：

  SY58237的高能效准谐振反激拓扑和内置650V NMOS使其非常适合于高效率、高功率密度的LED照明应用。其专有的浮动开关设置简化了电路设计，无需光耦和辅助线圈反馈，降低了成本并提高了可靠性。此外，SY58237还提供了可靠的LED短路和开路保护以及热折返功能，进一步增强了驱动器的稳定性和安全性。
• 应用实例：SY58237可以应用于各种LED照明产品，如LED球泡灯、LED面板灯、LED吸顶灯等。其高效率、高功率密度和可靠的保护功能使其成为这些应用的理想选择。
  

10. AP3015

• 型号介绍：AP3015是一款高效率、恒流输出的LED驱动芯片，支持宽输入电压范围（85VAC~265VAC）。它采用原边反馈（PSR）技术，无需光耦和次级反馈电路，简化了电路设计并降低了成本。AP3015还具有过温保护、短路保护和开路保护等功能。

• 作用：AP3015的原边反馈技术使其能够在不增加额外元件的情况下实现恒流输出，提高了电路的效率和可靠性。其宽输入电压范围和多重保护功能使其适用于各种LED照明应用，如LED筒灯、LED射灯等。

• 应用实例：在LED筒灯的设计中，AP3015可以作为驱动器芯片，提供稳定的恒流输出，确保LED的稳定工作。其过温保护和短路保护功能可以保护LED免受损坏，延长LED的使用寿命。

11. LNK306PN

• 型号介绍：LNK306PN是一款高度集成的离线式LED驱动器IC，适用于恒流LED照明应用。它采用高压工艺，集成了700V功率MOSFET、振荡器、高压开关电流源、频率抖动和逐周期电流限制等功能。LNK306PN还支持准谐振（QR）操作模式，以提高效率并降低电磁干扰（EMI）。

• 作用：LNK306PN的高度集成和QR操作模式使其能够以高效率、低EMI的方式驱动LED。其逐周期电流限制功能可以保护LED免受短路和过流损坏。LNK306PN还支持宽输入电压范围和多种调光方式，适用于各种LED照明应用。

• 应用实例：LNK306PN可以应用于LED球泡灯、LED吸顶灯等照明产品。其高效率、低EMI和可靠的保护功能使其成为这些应用的理想选择。

四、设计注意事项

在设计高能效LED驱动器时，需要注意以下几点：

1. 选择合适的拓扑结构：根据输入电压、输出功率和LED特性选择合适的拓扑结构，如降压、升压、降压-升压或反激等。

2. 优化电感设计：电感的选择和设计对驱动器的效率和稳定性至关重要。需要根据输入电压范围、输出电流和开关频率等因素进行优化设计。

3. 散热设计：LED驱动器在工作时会产生一定的热量，需要进行合理的散热设计，以确保驱动器的稳定工作和延长使用寿命。

4. 保护电路设计：为了保护LED免受短路、过流、过温和开路等故障的影响，需要设计可靠的保护电路。

5. 选择合适的调光方式：根据应用需求选择合适的调光方式，如PWM调光、模拟调光或数字调光等。

五、结论

配合通用照明趋势的高能效LED驱动器设计方案需要综合考虑输入电压范围、输出功率、LED特性、拓扑结构、电感设计、散热设计、保护电路设计和调光方式等因素。通过选择合适的主控芯片和优化电路设计，可以实现高效率、高稳定性和可靠性的LED驱动器。本文介绍了一些常用的高能效LED驱动器主控芯片型号及其在设计中的作用，并提供了设计注意事项，为LED驱动器设计提供了参考。