行業(yè)人士分享LED照明驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中難題的解決思路

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(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、通過軟開關(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?兩個(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。 MPSBCDFast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連接，國內(nèi)也有銅線。高頻化、大電流的趨勢(shì)下會(huì)帶來金線成本上升。流過更大的電流，IC需要更粗的金線，勢(shì)必會(huì)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(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PCB的面積來散熱。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(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(duì)較小的來處理。整個(gè)外圍元器件非常簡(jiǎn)單，沒有二極管，所有的保護(hù)有開路的，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。現(xiàn)在除日本，國內(nèi)有一些客戶在大規(guī)模做非隔離的。

軟開關(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)做軟開關(guān)的 IC。什么叫軟開關(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?兩方面，一是導(dǎo)通損耗，二是開關(guān)電源有開關(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。一般的開關(guān)損耗是電流和電壓的積分。傳統(tǒng)的做法是硬開關(guān)，開關(guān)損耗相對(duì)比較大。因?yàn)殡妷合聛恚娏魃先r(shí)有交叉的部分。這是一個(gè)軟開關(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，這是零電流開通的模式。零電流能夠帶來效率，比如做到90%的效率跟競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，能節(jié)省開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。另外二級(jí)管部分，如果是CCM硬開關(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100VAC。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_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)美國和日本市場(chǎng)的非隔離驅(qū)動(dòng)。AC-DC電阻損耗較大。MP4001的 SmartLDO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SmartLDO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)SingleStagePFC隔離方案。跟傳統(tǒng)的對(duì)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(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)問題，對(duì)于IC來講，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。假如電流原來是350毫安，現(xiàn)在調(diào)到100毫安以下，人眼不太看得出來有變化，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。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)有問題，所以解決了很多問題，包括啟動(dòng)和閃爍。閃爍問題，很多是因?yàn)檎{(diào)光不理想，沒有維持電流，所以 MP4030是一個(gè)非常好的方案。