低電流LED的應用、經濟線性恒流穩壓解決方案

憑借著節能、長使用壽命及色彩組合豐富等優勢，LED照明目前已成為增速最快的半導體領域之一，近年來的年復合增長率(CAGR)高達20%，預計2012年全球LED市場總值更將達114億美元，前景非常可觀。其中增長最快、需求也最大的應用將是低電流LED照明應用。

目前市場上典型的LED驅動器包括兩類，即線性驅動器和開關驅動器；進一步細分，則有三種，分別是開關穩壓器、線性穩壓器和電阻型驅動器。這三種驅動器分別適合不同等級的電流應用，見圖1。如電流大于500 mA的大電流應用采用開關穩壓器，因為線性驅動器限于自身結構原因，無法提供這樣大的電流；而在電流低于200 mA的低電流應用中，通常采用線性穩壓器及電阻型驅動器；而在200至500 mA的中等電流應用中，既可以采用線性穩壓器，也可以采用開關穩壓器。

圖1：不同電流范圍所適用的LED驅動器。

開關穩壓器的能效高，并提供極佳的亮度控制。線性穩壓器結構比較簡單，易于設計，提供穩流及過流保護，具有外部電流設定點，且沒有電磁兼容性(EMC)問題。電阻型驅動器利用電阻這樣的簡單分立器件，限制LED串電流，是一種經濟的LED驅動方案，同樣易于設計，且沒有EMC問題。

安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效硅解決方案供應商，為不同的LED應用提供豐富的開關穩壓器及線性穩壓器選擇。與此同時，市場上的客戶也需要一種比開關穩壓器和普通線性穩壓器經濟、但在性能上又比電阻型驅動高出許多的驅動方案。在這種情況下，安森美半導體運用正待批專利的自偏置晶體管(SBT)技術，結合自身超強的工藝控制能力，推出一種新的LED驅動方案——分立線性恒流穩壓器(CCR)，填補了這個市場空隙，并進一步豐富了安森美半導體寬廣的LED驅動器產品陣容。

低電流LED應用及驅動器比較

新的線性恒流穩壓器適合20 mA至200 mA的低電流LED應用。如在汽車應用中，組合尾燈的電流要求通常只有數十毫安(mA)。此外，在廣告牌文字電路、背光顯示牌等商業及工業應用中，輸入電壓通常為高至30 Vdc，而LED電流在20 mA至150 mA之間。而在裝飾照明、工作燈、景觀照明、柜臺照明等建筑物及通用照明應用中，輸入電壓通常為12至48 Vac或120/220 Vac，而LED電流也僅在20至100 mA之間。此外，電冰箱和洗衣機等家用電器中也采用LED為小型LCD顯示屏背光或替代照明燈泡，這類應用同樣需要低電流的LED驅動器。

在低電流LED應用中，電阻型驅動器盡管成本較低且結構簡單，但這種驅動器在低電壓條件下，正向電流較低，會導致LED亮度不足，且在負載突降等瞬態條件下，LED可能受損。而且，這種解決方案需要恰當的LED編碼(binning)，電阻庫存大，且能效低。

與電阻型驅動器相比，線性恒流穩壓器提供穩定電流，在寬電壓范圍下提供恒定亮度，在高輸入電壓時保護LED，使其免于過驅動，在低輸入電壓時提供更高的亮度。而得益于其恒流特性，客戶可以減少或消除源自不同供應商提供的不同LED的編碼成本，使系統總成本更低。

圖2：CCR結合電阻型驅動器與線性穩壓器所長，填補了市場空隙。

我們可以通過實際的測試來驗證這兩種驅動器的性能對比情況，見圖3。測試中對比了分別采用這兩種驅動器實現的組合尾燈，其中的CCR是穩定電流為25 mA的器件。從圖中可以看出，在9 V的相同輸入電壓時，CCR比電阻型驅動器的電流高，使LED更亮。在13 V的相同電壓輸入時，二者亮度一致。電壓高于13 V后，CCR的電流逐漸穩流到25 mA，而電阻型驅動器的電流則一直上升，可能導致LED過驅動，從而損壞LED。此外，CCR提供的電流精度達±10%，完全滿足應用要求，而電阻型的電流精度僅為±50%，相差甚遠。

圖3：電阻型驅動器與穩流電流為25 mA的線性恒流穩壓器的V-I曲線比較。

基于專利SBT技術的簡單、經濟及強固的線性恒流穩壓器

安森美半導體的線性恒流穩壓器基于安森美半導體正待批專利的自偏置晶體管(SBT)技術，提供一定程度的集成，并結合安森美半導體的超強的工藝控制能力，為低電流應用提供簡單(Simple)、經濟(Economical)及強固(Robust)的LED驅動解決方案。

具體而言，這器件的雙端非常易于設計，適合高端(High-side)及低端(Low-side)應用，且不需要外部元件，非常簡單。它的經濟性主要體現在消除LED編碼，降低庫存成本，以及保護LED，降低替代及維護成本。安森美半導體還規劃推出三端可調節輸出的線性恒流穩壓器，它們的結構示意圖見表1。

表1：安森美半導體半導體已推出及規劃推出的雙端及三端線性恒流穩壓器。

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值得一提的是，安森美半導體的線性恒流穩壓器支持采用120/220 Vac供電，如在建筑物及通用照明應用中，120/220 Vac交流市電輸入經過橋式整流后，只需要保證輸入電壓減去LED串總電壓后所剩下的電壓不超過這線性恒流穩壓器45 V的陽極-陰極最大電壓VAK即可。這同樣體現出它的易于設計特性。

而在強固性方面，安森美半導體的這系列器件表現非常突出。例如，其設計帶有負溫度系數(NTC)，在極端的電壓和工作溫度下保護LED免受熱失控影響。例如，采用SOT-223表面貼裝封裝的器件尺寸為7.0 mm x 6.5 mm x 1.6 mm，85℃時能在電路板上500 mm長/不到29克重的銅片上耗散630 mW的功率，非常適用于極端的熱工作環境。此外，這些器件通過了嚴格的AEC101汽車標準認證，適用苛刻的汽車應用要求。這些器件還承受開關瞬態及電壓尖峰，并具備良好的靜電放電(ESD)額定脈沖等級，測得為1.8 kV。此外，這些器件還支持環保，使用無鹵素模子化合物，并符合無鉛RoHS指令要求。

安森美半導體首批NSI45系列10款雙端線性恒流穩壓器已于2009年5月推出，這些器件提供±10%及±15%的穩態穩流(Ireg)容限，額定電壓為45 V，工作溫度范圍-40℃至85℃，最高結溫度為150℃，提供20 mA、25 mA及30 mA器件等不同選擇，采用SOD-123及SOT223封裝，目標市場包括汽車應用中的內部及外部LED照明，商業標識應用中的氖燈替代、交通信號等及顯示屏背光，建筑物及通用照明應用中的平板交流照明、工作燈及裝飾燈、景觀及室外照明等。

表1中列出了安森美半導體NSI450系列線性恒流穩壓器的主要參數，其中既有雙端器件，如NSI450XXT1G(SOT123封裝，20/25/30 mA)、NSI450XXZT1G(SOT223封裝，25/30 mA)，現有樣品提供，并已量產；也有三端器件，如NSI450XXZT1G(SOT223封裝，30至80 mA可調節)及NSI450XXT1G(D-PAK封裝，80至150 mA可調節)，將于2009年第3季度提供樣品，并于第4季度量產。

安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效硅解決方案供應商，具有卓越的運營業績，遍布全球各地的制造設施每年付運320億多顆器件，并擁有先進的工藝及技術能力。安森美半導體還熟悉客戶，與眾多國際及本土客戶建立起了廣泛及深入的關系，且以遍布世界各地的設計支援中心為客戶服務。安森美半導體豐富的產品和解決方案陣容涵蓋標準產品、專有解決方案、專用標準產品及定制ASIC解決方案等不同領域，以及汽車、計算機和游戲機、便攜消費產品、媒體和娛樂、工業、醫療、高壓通信、軍事和航空等應用市場。

安森美半導體服務的上述多個應用市場都會涉及LED照明/背光。而安森美半導體使用寬廣范圍的技術，為廣泛的LED照明應用提供解決方案，發揮高能效電源方案的核心優勢。安森美半導體針對低電流LED照明應用推出的新的簡單、經濟及強固的線性恒流穩壓器解決方案，拓寬了安森美半導體已有的包括開關穩壓器及普通線性穩壓器的LED驅動器產品陣容，非常適合于汽車內部/外部照明、商業標識牌及建筑物LED照明應用需求。