NXP-SSL2101可调光市电LED驱动解决方案

『大联大旗下品佳集团』可调光市电LED驱动解决方案产品专案工程师熊敏(MaxXiong)2009/12/8LED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LED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，一直到取代商业和家庭照明应用中的传统光源。推动LED照明市场发展的关键推动力是高亮度LED和智能LED控制器的出现。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)SSL2101IC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IC，它使得高亮度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。白炽灯表现为具备自稳定特性的纯电阻负载，LED则需要一个电流源。LED产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。不过，在工作期间LED的正向电压(VF)是很大的。该电压与电子转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。此外，不同生产批次之间的VF值可以相差很大。LED特性在大多数用LED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LED不能产生足够的光通量。LED可以采用串行或并行连接。如果LED采用串行连接，LED链上的总电压等于正向电压的总和(所有LED上的电流相等)。如果LED并行连接，电流将分配到各支路中。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。不过，采用并联配置(或串并联组合)的一个原因是，它允许大量的LED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LED链上一个LED或连接出现问题，那么将导致断路，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。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LED。串行/并行配置串行/并行配置连接方式优点缺点解决办法串联1.输出电压高，效率高。2.单串连接，不需DC-DC恒流模块，成本低。1.电压高。2.单颗LED损坏导致整串灯不亮。采用可控硅保护电路。当LED断路时电流通过可控硅导通。并联1.输出电压低。2.当LED断路，不会导致整个LED不亮。1.因为LEDVF值不一致，导致多路不均流。2.如每路采用DC-DC恒流模块，将导致成本增加。进行LED挑选，尽量较小VF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。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LED照明系统(如基于恩智浦SSL2101构建的系统)，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(近似电阻负载，功率大多在20W和50W之间)，因此需要一些额外的电路才能允许它们用于LED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数值的市电调光器。市电调光现有的LED路灯和家庭普通LED照明解决方案基本上都分为两个部分，一部分是将220V市电转换到24V或48V的AC-DC电源适配器，另一部分是对LED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，而且要占用相当大的空间。为了解决这些缺点，NXP开发出了集成单芯片解决方案SSL2101。它也是世界首款集成可调光市电LED驱动器。恩智浦SSL2101是一款小尺寸开关模式电源(SMPS)控制器IC，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LED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LED改良型灯具、LED模块、LED聚光灯、射灯以及用于商店展示的LED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LED可调光特性的优势。NXPSSL2101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电源并结合相位调光器工作。SSL2101含有高压电源开关，可以直接从整流市电电压启动，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。SSL2101还能在一块芯片上提供非隔离(降压)与隔离(回扫)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，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SSL2101在低功率水平时能进行高效功率转换。SSL2101使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。这款IC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热解决方案。它还具有短绕组保护（SWP）和过流保护（OTP）功能，符合有关安全与功率因子的法规要求。NXPSSL2101介绍SSL2101是一个采用SO16封装的多芯片模组(MCM)，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：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。集成bleeder开关和比较器：这可减少元器件数量和尺寸。智能bleeder操作：SSL2101可检测到何时不需要bleeder操作(如LED链提供足够的负载)，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SSL2101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。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，以及消除音频变压器噪声。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。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,即便在极端工作条件下也是一样.NXPSSL2101主要功能特点目前我们应用该调光IC已制作完成LED调光球泡灯DEMO，同时配合使用三星2瓦LED光源（2瓦LED光通量达到150LM），它能利用现有的调光系统，对LED球泡灯实现0%-100%范围内的连续可调，效率达到70%以上。该电源驱动三颗2瓦三星LED，总功率达6瓦（输入电压：220V，输出：0.18A/30V）。NXPSSL2101DEMO介绍Power-on30%on50%on100%onSSL2101正通过一项业内运行时间最长的加速寿命测试，测试自2008年12月开始，以零故障运行。截至目前，该测试运行时间已达7,000小时并仍在继续进行。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，此次测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SSL2101IC驱动器在高应力条件下进行测试，全部测试样品在150°C的IC结点温度下运行超过7,000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/关切换循环以及各种使用组合。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：NXPSSL2101加速寿命测试超过7,000小时105°C条件下，寿命超过6万小时115°C条件下，寿命超过3.5万小时125°C条件下，寿命超过2万小时150°C条件下，寿命超过7,000小时它是最新LED集成市电调光驱动器IC，能支持25W最大功率，其深度调光能力可低至全光照强度的1%，并兼容多种调光器。尺寸小巧、高度集成、高能效的LED驱动器IC是小型密封LED照明灯具应用的理想选择。SSL2102适用于高能效和高功率因数LED照明灯具应用，其中包括：8W到15W的紧凑型应用；15W到25W的LED模块，应用于诸如LED聚光灯和筒灯；以及最大功率达25W的商场专柜展示用LED灯串。NXPSSL2102介绍SSL2102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支持市场上大部分调光器（例如可控硅型、晶体管型）集成度高，所需的外部元件很少支持隔离和非隔离架构的开关电源设计拥有增强散热功能的SO20宽体封装最佳能效谷底开关检测内置解磁检测内置过热保护功能（OTP）支持从整流市电电压启动作为一款集成调光控制器及开关电源模块的LED驱动器IC，SSL2102与SSL2101功能相同，但支持功率更高，使客户能够将一种设计应用于功率额定范围更广的多种不同最终产品。NXPSSL2102介绍集成了高压MOSFET，利于减少布板空间集成了调光电路，利于减少布板空间并且参数调整灵活NXPSSL210X框图介绍NXPSSL210X典型应用客户希望电流精度较高的可以采用专门恒流IC恒流ICRT8456专门应用于LED恒流驱动恒流IC放置次级边，不做二次DC/DC转换，提高效能NXPSSL210X次级边恒流IC应用RichtekRT8456介绍ThankYou.Anyfurtherquestionsorsuggestions,pleasefeelfreetocontact,SACg/MaxXionge-Mail：[e-mail]