設計LED驅(qu)動(dong)方(fang)案(an)(an)，如(ru)果電(dian)流大于(yu)500 mA，通常使用(yong)開關(guan)穩壓(ya)器(qi)來驅(qu)動(dong)LED；若電(dian)流介于(yu)200 mA至500 mA之間，既可以(yi)采用(yong)開關(guan)穩壓(ya)器(qi)，也可以(yi)采用(yong)線(xian)(xian)性(xing)穩壓(ya)器(qi)；若電(dian)流低(di)于(yu)200 mA，則可以(yi)采用(yong)線(xian)(xian)性(xing)穩壓(ya)器(qi)，或分立器(qi)件方(fang)案(an)(an)，如(ru)電(dian)阻(zu)驅(qu)動(dong)電(dian)路。
就(jiu)低于200 mA的(de)(de)低電流(liu)LED照明應用的(de)(de)驅動(dong)方案而言(yan)，線性(xing)穩壓器或電阻(zu)(zu)驅動(dong)電路各有其優劣勢。例如，線性(xing)穩壓器結(jie)構比較(jiao)簡(jian)單，易于設(she)計，提供穩流(liu)及過流(liu)保(bao)護，具有外部(bu)電流(liu)設(she)定(ding)點(dian)，且(qie)沒有電磁兼容(rong)性(xing)(EMC)問題，但功率耗(hao)散和成(cheng)本(ben)較(jiao)高，而能效較(jiao)低。電阻(zu)(zu)型驅動(dong)器利(li)用電阻(zu)(zu)這(zhe)樣的(de)(de)簡(jian)單分立(li)器件來限制LED串(chuan)電流(liu)，是最本(ben)最低的(de)(de)LED驅動(dong)方案，同(tong)樣易于設(she)計，且(qie)沒有EMC問題，但這(zhe)種方案的(de)(de)突出問題是輸(shu)入(ru)電壓變化時(shi)電流(liu)隨之(zhi)變化，從而引起亮度(du)變化，不能保(bao)持恒定(ding)亮度(du)。
從客(ke)戶(hu)需求角度出(chu)發，市場上許多客(ke)戶(hu)需要比(bi)線性(xing)穩(wen)壓(ya)器經(jing)濟、但在(zai)性(xing)能上又比(bi)電(dian)阻驅動(dong)電(dian)路高出(chu)許多的驅動(dong)方(fang)案。在(zai)這(zhe)種(zhong)背景下，安森美半導體(ti)運用正待批專利的自偏置(zhi)晶體(ti)管(SBT)技術，結合(he)自身(shen)超強的工藝(yi)控制(zhi)能力，推出(chu)一種(zhong)新的LED驅動(dong)方(fang)案——NSI45系(xi)列雙端線性(xing)恒(heng)流穩(wen)壓(ya)器(CCR)。
CCR的特性及應用優勢
安森美(mei)半導體(ti)的(de)CCR可以表征(zheng)為(wei)可變電阻。隨(sui)著CCR兩端電壓上升，內(nei)(nei)部阻抗也上升，從而維持(chi)接近穩流(liu)電流(liu)(Ireg)規格的(de)電流(liu)。CCR還(huan)有負溫度系(xi)數，故(gu)在(zai)CCR耗散功率(溫度上升)時，內(nei)(nei)部阻抗增加(jia)，使(shi)電流(liu)減小。
圖1：CCR結合電阻型驅動器(qi)與線性穩壓(ya)器(qi)所長
與(yu)電阻型驅動方案相比，安森(sen)美半導體的NSI45系列CCR具(ju)有突出的優勢，例如交流電壓(ya)增加時仍保(bao)(bao)持(chi)(chi)恒(heng)流、達到LED閾值電壓(ya)后(hou)LED導通無延遲(chi)、低電壓(ya)時LED保(bao)(bao)持(chi)(chi)明亮，以(yi)及保(bao)(bao)持(chi)(chi)LED免受電壓(ya)浪涌影響等。此外，得益于CCR的恒(heng)流特性， 客戶可(ke)以(yi)減少或消(xiao)除(chu)源(yuan)自(zi)不(bu)同供(gong)應(ying)商提(ti)供(gong)的不(bu)同LED的額外成(cheng)本(ben)，降(jiang)低系統(tong)總成(cheng)本(ben)。
在各種(zhong)低電(dian)流(liu)應用中，諸(zhu)如裝(zhuang)飾照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)、工作燈(deng)、室外(wai)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)、景觀(guan)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)、柜臺(tai)照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)和LED平板照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)等建(jian)筑(zhu)物和通用照(zhao)(zhao)明(ming)(ming)(ming)(ming)中，也可(ke)以直(zhi)接采用交(jiao)流(liu)電(dian)源供(gong)電(dian)。交(jiao)流(liu)市電(dian)輸(shu)入經過(guo)橋式整流(liu)后，只(zhi)需要保(bao)證(zheng)輸(shu)入電(dian)壓減去LED串總(zong)電(dian)壓后所剩下的電(dian)壓不超(chao)過(guo)CCR的最大陽極(ji)至陰極(ji)電(dian)壓(VAK)即可(ke)，顯示(shi)CCR非(fei)常易于用于設計。典型電(dian)路圖參(can)見圖2。
圖2：基本LED交流(liu)應用原理圖
CCR應用設計示例
我們既(ji)可(ke)以采(cai)用(yong)CCR來開啟(qi)新(xin)的(de)(de)設(she)計(ji)，也(ye)可(ke)以采(cai)用(yong)CCR來修(xiu)改既(ji)有設(she)計(ji)。本文將主要以新(xin)設(she)計(ji)為(wei)(wei)例，探討采(cai)用(yong)SOT-223封裝的(de)(de)CCR器件在(zai)(zai)110 Vac及(ji)220 Vac均(jun)(jun)方(fang)(fang)根(gen)(gen)(RMS)輸入條件下在(zai)(zai)交(jiao)流(liu)照(zhao)明中(zhong)的(de)(de)應用(yong)，簡述其設(she)計(ji)過程。由于全波橋(qiao)整流(liu)的(de)(de)脈(mo)沖工作，穩(wen)態電(dian)(dian)流(liu)為(wei)(wei)30 mA的(de)(de)CCR在(zai)(zai)交(jiao)流(liu)應用(yong)中(zhong)的(de)(de)均(jun)(jun)方(fang)(fang)根(gen)(gen)電(dian)(dian)流(liu)為(wei)(wei)22 mA。CCR在(zai)(zai)交(jiao)流(liu)電(dian)(dian)路(lu)中(zhong)的(de)(de)工作電(dian)(dian)壓(ya)范圍為(wei)(wei)1.8 V至45 V。LED導(dao)通(tong)時間(jian)(jian)取決(jue)于LED串(chuan)的(de)(de)正向壓(ya)降(VF)。本應用(yong)的(de)(de)參考電(dian)(dian)路(lu)中(zhong)，CCR導(dao)通(tong)時間(jian)(jian)約(yue)(yue)是峰值電(dian)(dian)壓(ya)導(dao)通(tong)時間(jian)(jian)的(de)(de)一(yi)半。因此，約(yue)(yue)有50%的(de)(de)時間(jian)(jian)內LED處于導(dao)通(tong)狀(zhuang)態。因此，LED均(jun)(jun)方(fang)(fang)根(gen)(gen)電(dian)(dian)流(liu)是穩(wen)流(liu)電(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)約(yue)(yue)50%。
我們需要根(gen)據設(she)計(ji)參數(shu)選定LED數(shu)量(liang)。設(she)計(ji)參數(shu)是110 Vac RMS，±10%，HB LED (20 mA電流時VF為3.3 V)。先針(zhen)對Vin=+10%(最大值)展開分析(xi)。
最大輸(shu)入電(dian)壓Vin (max)=110 V rms +10% = 120 V rms
整流峰值電壓Vpeak=120 V rms x 1.414 =170 V
LED串總正(zheng)向壓降=170 V(peak Vin)-45 V(Vak max)=125 V (LED串VF )
故LED數量(liang)為：125 V/3.3 V=38 LED
再針對(dui)先針對(dui)Vin=-10%(最小值)展開分析(xi)。
測(ce)試(shi)最小輸入電壓Vin (min)=110 Vrms-10%=100 Vrms
整流峰(feng)值電壓(ya)Vpeak=100 Vrmsx1.414=141 V
CCR陽(yang)極(ji)至(zhi)陰極(ji)電壓Vak=141 V-125 V=16 V
Vak范圍將(jiang)隨著LED串中LED數量的變化(hua)而變化(hua)。另增3顆(ke)LED將(jiang)使Vak范圍設定(ding)為6 V到35 V。增加的HB LED提供(gong)更高的流明輸出并減(jian)少CCR散熱。
圖(tu)3：CCR用于直接交(jiao)流供電LED照明應用的電路圖(tu)
交流(liu)(liu)均方根電壓(ya)經過全(quan)波整流(liu)(liu)后轉(zhuan)換為(wei)頻率為(wei)120 Hz的直流(liu)(liu)脈(mo)沖動。當這電壓(ya)超過LED串與橋整流(liu)(liu)器(qi)正向壓(ya)降(jiang)之和時(shi)，CCR導通，控制電流(liu)(liu)，并將(jiang)LED與峰值整流(liu)(liu)電壓(ya)隔離(li)開來。
根據圖3，CCR的功率耗(hao)散計算公式如下：
P=(Vak rms)x(IREG*占空比)=(120 Vbr rms-(38x3.3 V LEDx0.707))x(30 mAx50%)
=31 V rms x 15 mA=465 mW
帶面積100平方毫米、重量1盎司的銅散熱片的SOT-223封裝工作溫度可達85℃。我們采用示波器測試了110 V±10%交流RMS輸入條件下38顆串聯LED應用電路板，穩流電流以100 Ω、精度1%的感測電阻來測量。值得一提的是，CCR也可以并聯工作，從而增加提供給電路的穩流電流。當然，CCR電流越大，電路的功率耗散也隨之增加。
上述設計探討的是110 Vac設計條件。當然，CCR同樣也可以用于220 Vac設計，所要做的就是增加LED數量。LED數量的計算過程參照上述計算進行。
除了在新設計中使用CCR，也可以在既有設計中使用CCR，同樣非常簡單。我們假定這既有設計使用24顆LED(22 mA電流時VF為3.3 V)，其它參數相同，即110 Vac RMS，±10%。為了將CCR保持在其工作電壓限制范圍(最大VAK為45 V)以內，我們需要在電路中增加一顆串聯降壓電阻(Rs)，并計算其阻值。
同樣，最大輸入電壓為120 V rms，整流峰值電壓為170 V，而LED串正向壓降為24x3.3 V= 79.2 V。因此，串聯降壓電阻所要求的電壓降可用下述公式計算：
Vdrop, RS=Vpeak-(VF LEDs PK+VAK CCR pk+VRsense pk)
=170 V-(79.2 V+45 V+4V)=41.8 V
CCR峰值電流為34 mA；因此，Rs=41.8 V/0.034 A=1229 Ω。實際測試電路選擇的是1200 Ω的Rs。因此，功率耗散為VxI=1.42 W pk或1.0 W RMS。
使用1200 Ω串聯降壓電阻來在最小輸入電壓條件下測試。這時整流峰值電壓為100 Vrms x 1.414=142 V，故CCR Vak為141 V-(79.2 + 41.8 +4) =16 V，同樣保持在工作電壓限制范圍以內。
總結
在建筑物及通用照明等可以采用交流供電的低電流LED照明應用中，安森美半導體的NSI45系列雙端線性恒流穩壓器與普通線性穩壓器相比成本更低，但性能上又比常見的電阻驅動電路方案高出許多，是一種高性價比及可靠的LED驅動方案，且設計過程非常簡單，既可用于新設計，也可非常方便地用于修改既有設計。
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