NXP SSL2101可调光市电LED驱动解决方案.pdf

大大联大旗下品佳集团联大旗下品佳集团 可调光市电可调光市电LED驱动解决方案驱动解决方案 产品专案工程师产品专案工程师 熊敏熊敏 Max Xiong 2009 12 8 LED在电子系统中使用已经有很多年了 主要用作电子设备的指示灯 在电子系统中使用已经有很多年了 主要用作电子设备的指示灯 现在在亮度和色彩深度方面取得的重大进步 意味著现在在亮度和色彩深度方面取得的重大进步 意味著LED现在可以用于现在可以用于 更广泛的应用 从手机和多媒体播放机中的背光 汽车仪表盘 尾灯 更广泛的应用 从手机和多媒体播放机中的背光 汽车仪表盘 尾灯 一直到取代商业和家庭照明应用中的传统光源 一直到取代商业和家庭照明应用中的传统光源 推动推动LED照明市场发展的关键推动力是高亮度照明市场发展的关键推动力是高亮度LED和智能和智能LED控制器控制器 的出现 采用高亮度的出现 采用高亮度LED的产品设计师面临的主要设计挑战包括散热管的产品设计师面临的主要设计挑战包括散热管 理 驱动方案 拓扑架构和已有的基础设施 要替代现有的可调光白炽理 驱动方案 拓扑架构和已有的基础设施 要替代现有的可调光白炽 灯或卤素灯光源 必须实现这样的一个电子灯驱动系统 它不仅可以与灯或卤素灯光源 必须实现这样的一个电子灯驱动系统 它不仅可以与 现有的调光开关一起工作 而且可复制现有光源的调光性能 现有的调光开关一起工作 而且可复制现有光源的调光性能 NXP 恩智浦恩智浦 SSL2101 IC可以满足上述性能要求 此外 它还是一可以满足上述性能要求 此外 它还是一 种高效的电源转换器 这是业内第一款集成这些能力的种高效的电源转换器 这是业内第一款集成这些能力的IC 它使得高亮 它使得高亮 度度LED灯设计师能够以一种省成本和体积的方式集成电子电路 并从最灯设计师能够以一种省成本和体积的方式集成电子电路 并从最 佳热权衡中获益 佳热权衡中获益 LED需要一个与白炽灯或卤素灯完全不同类型的驱动器 白炽灯表现需要一个与白炽灯或卤素灯完全不同类型的驱动器 白炽灯表现 为具备自稳定特性的纯电阻负载 为具备自稳定特性的纯电阻负载 LED则需要一个电流源 则需要一个电流源 LED产产 生的光通量近似正比于流经该器件的电流 生的光通量近似正比于流经该器件的电流 LED的正向电压随电流增的正向电压随电流增 加而增加 但随温度的上升而减少 在这方面 加而增加 但随温度的上升而减少 在这方面 LED表现得象二极管 表现得象二极管 不过 在工作期间不过 在工作期间LED的正向电压的正向电压 VF 是很大的 该电压与电子转是很大的 该电压与电子转 化为光子时产生的能量化为光子时产生的能量 eV 相关 该能量又直接相关于光的颜色 相关 该能量又直接相关于光的颜色 此外 不同生产批次之间的此外 不同生产批次之间的VF值可以相差很大 值可以相差很大 LED特性特性 在大多数用在大多数用LED替代现有光源的应用中 需要连接多个替代现有光源的应用中 需要连接多个LED到驱动器上 因为单一的到驱动器上 因为单一的LED 不能产生足够的光通量 不能产生足够的光通量 LED可以采用串行或并行连接 如果可以采用串行或并行连接 如果LED采用串行连接 采用串行连接 LED链链 上的总电压等于正向电压的总和上的总电压等于正向电压的总和 所有所有LED上的电流相等上的电流相等 如果 如果LED并行连接 电流将分并行连接 电流将分 配到各支路中 不过 由于一个配到各支路中 不过 由于一个LED的正向电压会随著温度上升而下降 因此这一配置本的正向电压会随著温度上升而下降 因此这一配置本 质上是不稳定的 随着温度的升高 越来越多的电流将流到具有更低正向电压的支路上去 质上是不稳定的 随着温度的升高 越来越多的电流将流到具有更低正向电压的支路上去 这些支路将变得更亮 而那些具有更高正向电压的支路将变得更暗 这些支路将变得更亮 而那些具有更高正向电压的支路将变得更暗 不过 采用并联配置不过 采用并联配置 或串并联组合或串并联组合 的一个原因是 它允许大量的的一个原因是 它允许大量的LED以一个安全的电源以一个安全的电源 电压结合在一起 而如果要采用串行连接来达到相同的亮度 可能需要一个高得令人无法接电压结合在一起 而如果要采用串行连接来达到相同的亮度 可能需要一个高得令人无法接 受的电压 受的电压 并行配置还提供了其他优势 如果一个串行连接的并行配置还提供了其他优势 如果一个串行连接的LED链上一个链上一个LED或连接出现问题 那或连接出现问题 那 么将导致断路 整条链上的所有么将导致断路 整条链上的所有LED都将不发光 但如采用并联配置的话 这情况将不可都将不发光 但如采用并联配置的话 这情况将不可 能发生 采用并联配置时 建议每条支路都增加电流调节机制 以防止热失控和电流或光的能发生 采用并联配置时 建议每条支路都增加电流调节机制 以防止热失控和电流或光的 不相等 不相等 总而言之 当输出和输入电压差最小时 电源转换器的效率最高 当采用市电输入的总而言之 当输出和输入电压差最小时 电源转换器的效率最高 当采用市电输入的LED 驱动器时 允许产生更高的输出电压 从而允许串行连接更多的驱动器时 允许产生更高的输出电压 从而允许串行连接更多的LED 串行串行 并行配置并行配置 串行串行 并行配置并行配置 连接方式连接方式优点优点缺点缺点解决办法解决办法 串联串联 1 输出电压高 效率高 输出电压高 效率高 2 单串连接 不需单串连接 不需DC DC 恒流模块 成本低 恒流模块 成本低 1 电压高 电压高 2 单颗单颗LED损坏导损坏导 致整串灯不亮 致整串灯不亮 采用可控硅保护电路 采用可控硅保护电路 当当LED断路时电流通断路时电流通 过可控硅导通 过可控硅导通 并联并联 1 输出电压低 输出电压低 2 当当LED断路 不会导致断路 不会导致 整个整个LED不亮 不亮 1 因为因为LED VF值值 不一致 导致多路不一致 导致多路 不均流 不均流 2 如每路采用如每路采用DC DC恒流模块 将恒流模块 将 导致成本增加 导致成本增加 进行进行LED挑选 尽量挑选 尽量 较小较小VF的范围 的范围 标准工业和家用调光器设计用于白炽灯 一些较先进的型号可与连接到卤素标准工业和家用调光器设计用于白炽灯 一些较先进的型号可与连接到卤素 灯的变压器一起使用 目前专门针对灯的变压器一起使用 目前专门针对LED负载的市电调光器仍然很罕见 负载的市电调光器仍然很罕见 购买和安装一个新的专用调光器的成本可以很容易就超过光源本身 因此一购买和安装一个新的专用调光器的成本可以很容易就超过光源本身 因此一 个可与现有调光基础设施一起工作的个可与现有调光基础设施一起工作的LED照明系统照明系统 如基于恩智浦如基于恩智浦 SSL2101构建的系统构建的系统 将打开这个具有庞大潜力和空间市场的大门 将打开这个具有庞大潜力和空间市场的大门 由于现有的调光器被设计用于白炽灯由于现有的调光器被设计用于白炽灯 近似电阻负载 功率大多在近似电阻负载 功率大多在20W和和 50W之间之间 因此需要一些额外的电路才能允许它们用于 因此需要一些额外的电路才能允许它们用于LED照明系统 照明系统 目前市场上还没有白炽灯调光器标准 因此目前市场上有大量不同性能和参目前市场上还没有白炽灯调光器标准 因此目前市场上有大量不同性能和参 数值的市电调光器 数值的市电调光器 市电调光市电调光 现有的现有的LED路灯和家庭普通路灯和家庭普通LED照明解决方案基本上都分为两个部分 一部照明解决方案基本上都分为两个部分 一部 分是将分是将220V市电转换到市电转换到24V或或48V的的AC DC电源适配器 另一部分是对电源适配器 另一部分是对 LED提供驱动电流的提供驱动电流的LED升压控制器 这一分立解决方案不仅所需元器件多 升压控制器 这一分立解决方案不仅所需元器件多 而且要占用相当大的空间 为了解决这些缺点 而且要占用相当大的空间 为了解决这些缺点 NXP开发出了集成开发出了集成单芯片解单芯片解 决方案决方案SSL2101 它也是世界首款集成 它也是世界首款集成可调光市电可调光市电LED驱动器驱动器 恩智浦恩智浦SSL2101是一款小尺寸开关模式电源是一款小尺寸开关模式电源 SMPS 控制器控制器IC 专为驱动 专为驱动 LED设备而设计 并且提供可调光能力 以进一步改善设备而设计 并且提供可调光能力 以进一步改善LED照明的能效 照明的能效 SSL2101可以驱动各种具有不同电源要求的照明系统 包括可以驱动各种具有不同电源要求的照明系统 包括LED改良型灯改良型灯 具 具 LED模块 模块 LED聚光灯 射灯以及用于商店展示的聚光灯 射灯以及用于商店展示的LED灯串 灯串 SSL2101具有的可调光能力为照明系统设计师设计更高能效的系统提供了具有的可调光能力为照明系统设计师设计更高能效的系统提供了 不可多得的机会 这款高成本效益比器件具有高集成度 电子组件总数量少 不可多得的机会 这款高成本效益比器件具有高集成度 电子组件总数量少 电路板空间保持最小 同时使设计师能充分利用电路板空间保持最小 同时使设计师能充分利用LED可调光特性的优势 可调光特性的优势 NXP SSL2101介绍介绍 SSL2101与当今照明基础设施完全兼容 可以直接采用整流市电与当今照明基础设施完全兼容 可以直接采用整流市电 电源并结电源并结 合相位调光器工作 合相位调光器工作 SSL2101含有高压电源开关 可以直接从整流市电含有高压电源开关 可以直接从整流市电 电电 压启动 因而无需外部启动电路 为支持调光能力 压启动 因而无需外部启动电路 为支持调光能力 SSL2101包含两个集成包含两个集成 高压开关用于分压器操作 以及一个输入 用于感应实时灯具功率 并在需要高压开关用于分压器操作 以及一个输入 用于感应实时灯具功率 并在需要 时激活附加分压器工作 时激活附加分压器工作 SSL2101还能在一块芯片上提供非隔离还能在一块芯片上提供非隔离 降压降压 与隔离与隔离 回扫回扫 解决方案 它有解决方案 它有 一个附加输入 可以用来检测电感组件的退磁 确保磁性材料得到充分利用 一个附加输入 可以用来检测电感组件的退磁 确保磁性材料得到充分利用 防止电流硬开关 该器件的内置电路可以用来降低电容性接通损耗 优化谷底防止电流硬开关 该器件的内置电路可以用来降低电容性接通损耗 优化谷底 开关效率 使开关效率 使SSL2101在低功率水平时能进行高效功率转换 在低功率水平时能进行高效功率转换 SSL2101使使 用接通时间模式和频率模式来控制用接通时间模式和频率模式来控制LED亮度 频率变化控制与接通时间控制二亮度 频率变化控制与接通时间控制二 者相结合 产生与白炽灯相似的调光曲线 两种控制方法的使用还使设计师能者相结合 产生与白炽灯相似的调光曲线 两种控制方法的使用还使设计师能 降低峰值电流 帮助减小变压器或电感器的声频噪声 降低峰值电流 帮助减小变压器或电感器的声频噪声 这款这款IC透过散热增强封装和内置过热保护功能 透过散热增强封装和内置过热保护功能 OTP 提供可靠且安全的散 提供可靠且安全的散 热解决方案 它还具有短绕组保护 热解决方案 它还具有短绕组保护 SWP 和过流保护 和过流保护 OTP 功能 符合 功能 符合 有关安全与功率因子的法规要求 有关安全与功率因子的法规要求 NXP SSL2101介绍介绍 SSL2101是一个采用是一个采用SO16封装的多芯片模组封装的多芯片模组 MCM 它包含一个高效率的电源 它包含一个高效率的电源 转换器和内部电路来实现市电调光兼容性 与现有解决方案相比 它具有以下优点 转换器和内部电路来实现市电调光兼容性 与现有解决方案相比 它具有以下优点 集成电源开关 这可减小元器件成本 并确保最优的驱动和开关保护 集成电源开关 这可减小元器件成本 并确保最优的驱动和开关保护 谷值检测 这一特性可降低转换器损失 因为开关可在最佳的时间点闭合 谷值检测 这一特性可降低转换器损失 因为开关可在最佳的时间点闭合 集成集成bleeder开关和比较器 这可减少元器件数量和尺寸 开关和比较器 这可减少元器件数量和尺寸 智能智能bleeder操作 操作 SSL2101可检测到何时不需要可检测到何时不需要bleeder操作操作 如如LED链提链提 供足够的负载供足够的负载 这可减少功耗和增加系统效率 这可减少功耗和增加系统效率 增强的散热引脚设计 这可增加增强的散热引脚设计 这可增加SSL2101的寿命 并允许它在更高的环境温度的寿命 并允许它在更高的环境温度 下正常工作 对于替代解决方案 电子器件在更高温度下的寿命是一个关键的参数 下正常工作 对于替代解决方案 电子器件在更高温度下的寿命是一个关键的参数 基于占空比和转换器开关频率的调光 这允许设计师有更大的自由度去定义参数基于占空比和转换器开关频率的调光 这允许设计师有更大的自由度去定义参数 值 这使得设计师可以通过调节控制调光系统的参数 实现更精确的低亮度调光 值 这使得设计师可以通过调节控制调光系统的参数 实现更精确的低亮度调光 以及消除音频变压器噪声 以及消除音频变压器噪声 对数调光校正 这使得对数调光校正 这使得LED的调光行为可以与白炽灯或卤素灯一模一样 的调光行为可以与白炽灯或卤素灯一模一样 内建的过热保护 过流保护 短路检测和最大占空比限制 这些特性确保了内建的过热保护 过流保护 短路检测和最大占空比限制 这些特性确保了 SSL2101的高可靠性的高可靠性 即便在极端工作条件下也是一样即便在极端工作条件下也是一样 NXP SSL2101主要主要功能特点功能特点 目前我们应用该调光目前我们应用该调光IC已制作完成已制作完成LED调光球泡灯调光球泡灯DEMO 同时配合使 同时配合使 用三星用三星2瓦瓦LED光源 光源 2瓦瓦LED光通量达到光通量达到150LM 它能利用现有的 它能利用现有的 调光系统 对调光系统 对LED球泡灯实现球泡灯实现0 100 范围内的连续可调 效率达范围内的连续可调 效率达 到到70 以上 该电源驱动三颗以上 该电源驱动三颗2瓦三星瓦三星LED 总功率达 总功率达6瓦 输入电压 瓦 输入电压 220V 输出 输出 0 18A 30V NXP SSL2101 DEMO介绍介绍 Power on30 on50 on100 on SSL2101正通过一项业内运行时间最长的加速寿命测试正通过一项业内运行时间最长的加速寿命测试 测试自测试自2008年年12月月 开始开始 以零故障运行以零故障运行 截至目前截至目前 该测试运行时间已达该测试运行时间已达7 000小时并仍在继续进小时并仍在继续进 行行 半导体行业的传统寿命测试程序通常以半导体行业的传统寿命测试程序通常以1 000小时测试时间为基准小时测试时间为基准 此次测此次测 试远远超出了这一标准试远远超出了这一标准 测试人员从标准生产的产品中随机抽取一批测试人员从标准生产的产品中随机抽取一批SSL2101 IC驱动器在高应力条件驱动器在高应力条件 下进行测试 全部测试样品在下进行测试 全部测试样品在150 C的的IC结点温度下运行超过结点温度下运行超过7 000小时之后小时之后 仍保持了完整的功能性 测试过程中采取多项测试与不同设置来检测仍保持了完整的功能性 测试过程中采取多项测试与不同设置来检测 在若干使用在若干使用 情况下的所有可能失效模式 其中包括持续开启 开情况下的所有可能失效模式 其中包括持续开启 开 关切换循环关切换循环 以及各种使用以及各种使用 组合 根据寿命加速模型 组合 根据寿命加速模型 SSL2101在真实照明应用中的推断寿命估计如下 在真实照明应用中的推断寿命估计如下 NXP SSL2101加速寿命测试超过加速寿命测试超过7 000小时小时 105 C条件下 寿命超过条件下 寿命超过6万小时万小时 115 C条件下 寿命超过条件下 寿命超过3 5万小时万小时 125 C条件下 寿命超过条件下 寿命超过2万小时万小时 150 C条件下 寿命超过条件下 寿命超过7 000小时小时 它是最新它是最新LED集成市电调光驱动器集成市电调光驱动器IC 能支持 能支持25W最大功率 其深度调最大功率 其深度调 光能力可低至全光照光能力可低至全光照 强度的强度的1 并兼容多种调光器 尺寸小巧 高度 并兼容多种调光器 尺寸小巧 高度 集成 高能效的集成 高能效的LED驱动器驱动器IC是是小型密封小型密封LED照明灯具应用的理想选择 照明灯具应用的理想选择 SSL2102适用于高能效和高功率因数适用于高能效和高功率因数LED照明灯具应用 其中包括 照明灯具应用 其中包括 8W到到15W的紧凑型应用 的紧凑型应用 15W到到25W的的LED模块 应用于诸如模块 应用于诸如LED 聚光灯和筒灯 以及最大功率达聚光灯和筒灯 以及最大功率达25W的商场专柜展示用的商场专柜展示用LED灯串 灯串 NXP SSL2102介绍介绍 SSL2102的主要特点包括 的主要特点包括 通过内置对数调光曲线实现视觉自然调光通过内置对数调光曲线实现视觉自然调光