1、美国国家半导体 LED 驱动器应用于路灯系统周羽13902957943周羽139029579432内容采用美国国家半导体降压LED 驱动器的传统LED 路灯。LM3402 LM3404 LM3406 LM3409采用美国国家半导体升压 LED 驱动器的太阳能LED 路灯 LM3423 LM34243传统LED 路灯系统太阳能LED路灯系统传统传统LED 路灯的基本电源构架路灯的基本电源构架85-264 VACAC/DC 隔离的开关模式电源隔离的开关模式电源5256 VDC 输出HB LED 驱动器驱动器降压开关降压开关 LED 驱动器驱动器HB LED 驱动器驱动器MCU供电供电LM5007调2、光控制调光控制典型应用电路典型应用电路PWM 调光调光利用高达利用高达 525 mA的横流驱动的横流驱动 LED200 mV 反馈电压反馈电压VIN 范围范围:LM3402:6V 42V,降压拓扑结构降压拓扑结构LM3402HV:6V 75V,降压拓扑结构降压拓扑结构反馈电压反馈电压=200 mV输出范围输出范围:0.2V-VIN以高达以高达 500 mA 的恒流来的恒流来驱动驱动 LED内置内置 N-FET,以减少外围元件数量以减少外围元件数量最小关断时间只有最小关断时间只有 270ns(典型值典型值)，因此占空比极高，因此占空比极高利用外部电阻器检测低端电流利用外部电阻器检测低端电流当当“3、RON”引脚置于低电平时引脚置于低电平时,具有低关断电流具有低关断电流开关频率高达开关频率高达1 MHz 恒定导通时间恒定导通时间(COT)控制控制,在输入电压范围内实现恒定的开关频率在输入电压范围内实现恒定的开关频率(Fsw)不需要补偿?简单易用不需要补偿?简单易用封装封装:MSOP-8,PSOP8LM3402/02HV:用于大功率用于大功率 LED 驱动器的驱动器的 0.5A 开关恒流源开关恒流源GNDDIMBOOTSWCSRONLM3404/04HVVIND1L1CBRSNSCFRONCINVINIF=1AVCCVIN 范围范围:LM3404:6V 42V,降压拓扑结构降压拓扑结构LM34、404HV:6V 75V,降压拓扑结构降压拓扑结构反馈电压反馈电压=200 mV输出范围输出范围:0.2V 至至 VIN以高达以高达 1A 的恒流来的恒流来驱动驱动 LED内置内置 N-FET,以减少外围元件数量以减少外围元件数量最小关断时间只有最小关断时间只有270ns(典型值典型值)，因此占空比极高，因此占空比极高利用外部电阻器检测低端电流利用外部电阻器检测低端电流当当“RON”引脚置于低电平时引脚置于低电平时,具有低关断电流具有低关断电流开关频率高达开关频率高达1 MHz恒定导通时间恒定导通时间(COT)控制控制,在输入电压范围内实现恒定的开关频率在输入电压范围内实现恒定的开关频率(Fs5、w)不需要补偿?简单易用不需要补偿?简单易用封装封装:SO-8,PSOP-8应用图应用图LM3404/04HV:用于大功率用于大功率 LED 的的 1.2A 开关恒流源驱动器开关恒流源驱动器如何选择开关频率如何选择开关频率 LM3402/4要求的最小关断时间是要求的最小关断时间是 270ns(典型值典型值),考虑到不同温度和考虑到不同温度和IC的差异性，并留有裕量，我们一般选择的差异性，并留有裕量，我们一般选择500ns左右为要求的最小关断时间。左右为要求的最小关断时间。Dmax=(T-500ns)/T,例如例如F=500kHz,则则Dmax=75%,F=200kHz,则则Dmax=90%。V6、in=(Vout+Vd)/D)Vd+Vq Vd:0.6,Vq:0.2-Vout:14颗颗LED(46.2V)Vin(min)62V500kHz,Vin(min)51.6V200kHz,TonToff迟滞控制及其工作原理迟滞控制及其工作原理RF2RF1+-ErrorComparatorModulatorVREF+-RLRC(ESR)VINVOUTPower StageLCVF BVsw若若 VFB VREF:比较器输出比较器输出=低低FET 开关会关闭开关会关闭(tOFF)IL电流便会下降输出电压也会下降电流便会下降输出电压也会下降VINVSW-0.6VIOUTILtONtOFFVFBVFB(D7、C)tONtOFF迟滞控制的优缺点迟滞控制的优缺点优点优点:采用高带宽的控制环路，便无需加设误差信号放大器或外置环路补偿器件?可减少器件数目及成本，而且更易于使用采用高带宽的控制环路，便无需加设误差信号放大器或外置环路补偿器件?可减少器件数目及成本，而且更易于使用 一旦出现负载及线路瞬态，可以实时作出响应一旦出现负载及线路瞬态，可以实时作出响应缺点缺点:开关频率不固定，会随着许多变数而改变开关频率不固定，会随着许多变数而改变 频率会随着线路或负载的不同而改变，要滤除电磁干扰或噪声便比较困难频率会随着线路或负载的不同而改变，要滤除电磁干扰或噪声便比较困难 若开关频率的变动比较大，就难于采用优化的8、分立式元器件若开关频率的变动比较大，就难于采用优化的分立式元器件(例如：电感器及电容器例如：电感器及电容器)()HYSINOUTINOUTSWVLVESRVVVf=恒定导通时间简介恒定导通时间简介 恒定导通时间恒定导通时间(COT)控制是稳压电路采用的一种控制方法控制是稳压电路采用的一种控制方法 恒定导通时间控制是派生自迟滞控制的一种控制电路，主要由两组电路组成：恒定导通时间控制是派生自迟滞控制的一种控制电路，主要由两组电路组成：其中的一次性计时电路可以设置开关稳压器的导通时间(tON)而错误信号比较器则可监控输出电压，以及触发一次性的信号 恒定导通时间控制降压稳压器的开关频率几乎恒定不变，而9、导通时间与输入电压成反比。恒定导通时间控制降压稳压器的开关频率几乎恒定不变，而导通时间与输入电压成反比。RF2RF1+-ErrorComparatorModulatorVREF+-RLRC(ESR)VINVOUTPowerStageLCOne-ShotInverselyProportionalto VinVF B恒定导通时间稳压电路恒定导通时间稳压电路11恒定导通时间稳压功能的工作原理恒定导通时间稳压功能的工作原理若若 VFB VREF 错误信号比较器触发一次性计时器错误信号比较器触发一次性计时器 逐次设置降压稳压器电源开关的导通时间逐次设置降压稳压器电源开关的导通时间(tON)导通时间导通时10、间(tON)完结后，降压开关随即关闭完结后，降压开关随即关闭 若若 VFB VREF，同一周期再次重复，同一周期再次重复VINVSW-0.6VIOUTILtONtOFFVFBVFB(DC)tONtOFFVout实际的导通时间实际的导通时间RF2RF1+-ErrorComparatorModulatorVREF+-RLRC(ESR)VINVOUTPowerStageLCOne-ShotInverselyProportionalto VinVF B恒定导通时间稳压器的开关频率恒定导通时间稳压器的开关频率 电源开关的导通时间电源开关的导通时间(tON)取决于一次性的电路取决于一次性的电路 输出电压输11、出电压(VOUT)稳定在固定的水平，而稳定在固定的水平，而 K 及及 RON均为常数?因此开关频率均为常数?因此开关频率(fsw)维持恒定不变维持恒定不变INONONVRKt=()SWONSWONINOUTftftVVD=/1ONOUTSWRKVf=降压稳压器的占空比标准算式降压稳压器的占空比标准算式K 为常数，其数值为常数，其数值=1.3x10-10 开关频率(开关频率(fSW)可由上述算式导出可由上述算式导出即使输入电压范围很大，频率也能相对保持恒定即使输入电压范围很大，频率也能相对保持恒定恒定导通时间工作频率与输入电压之间的函数关系恒定导通时间工作频率与输入电压之间的函数关系(连续导电模12、式连续导电模式)即使输入电压范围很大，频率也能相对保持恒定即使输入电压范围很大，频率也能相对保持恒定恒定导通时间工作频率与负载之间的函数关系恒定导通时间工作频率与负载之间的函数关系连续连续断续断续恒定导通时间控制的优点恒定导通时间控制的优点无需采用误差信号放大器，也无需提供环路补偿无需采用误差信号放大器，也无需提供环路补偿 卓越的瞬态响应卓越的瞬态响应 只需极少外置元件只需极少外置元件系统成本较低系统成本较低容易使用容易使用更稳定可靠更稳定可靠采用固定频率模式操作采用固定频率模式操作 开关控制比迟滞控制方式稳定开关控制比迟滞控制方式稳定 L-C 值不会影响工作频率值不会影响工作频率较少输出纹波13、，可以更有效抑制电磁干扰较少输出纹波，可以更有效抑制电磁干扰较易融入系统设计较易融入系统设计LM3406/06HV:1.5A 降压降压 LED 驱动器驱动器内置内置2.0A MOSFET VIN范围范围:6V-42V(LM3406)VIN范围范围:6V-75V(LM3406HV)利用专用的逻辑输入或电源输入电压电路实现利用专用的逻辑输入或电源输入电压电路实现PWM调光调光无需控制环路补偿无需控制环路补偿 导通时间随着输入及输出电压的变动而改动 无论输入电压大小以及导通时间随着输入及输出电压的变动而改动 无论输入电压大小以及 LED 数目有什么变动，纹波电流都不会出现任何波动数目有什么变动，纹波14、电流都不会出现任何波动 低功耗关断低功耗关断 支持所有的陶瓷输出电容器以及无电容输出支持所有的陶瓷输出电容器以及无电容输出 过热保护电路过热保护电路 eTSSOP-14 封装封装主要特性主要特性输入电压输入电压(VIN)范围：范围：LM3409:6V 42V,降压降压 LM3409HV:6V 75V,降压降压 PFET 驱动器采用驱动器采用恒定关断时间恒定关断时间架构架构 占空比达占空比达 100%，以，以缩小输入电压缩小输入电压/输出电压差输出电压差 真正的均值电流及恒定纹波真正的均值电流及恒定纹波MOSFET 的栅极驱动电流最高可达的栅极驱动电流最高可达 1A 输出电流高达输出电流高达 515、A每周期的限流功能每周期的限流功能差分的高端差分的高端电流检测电流检测让让LED 灯组可以连接地线，减低系统成本灯组可以连接地线，减低系统成本无需控制环路补偿无需控制环路补偿所需元件更少，容易使用所需元件更少，容易使用PWM 及模拟调光功能及模拟调光功能可以灵活调控亮度，确保灯光颜色一致可以灵活调控亮度，确保灯光颜色一致低功率停机功能低功率停机功能过热停机保护过热停机保护支持支持无电容器无电容器输出输出采用采用 eMSOP-10 封装封装LM3409/09HV 的主要特点的主要特点:驱动驱动1W、3W、5W以及更大功率的以及更大功率的LED真正均值的真正均值的 LED 电流电流:工作原理工作原16、理恒关断时间的系统架构?提供恒定纹波：恒关断时间的系统架构?提供恒定纹波：高端差分放大器?检测电感器的峰值电流：高端差分放大器?检测电感器的峰值电流：LED 的均值电流为：的均值电流为：LCRV.iOFFOFFL=241SNSSNSCSTMAXLRVRVI=524.12LMAXLLFiIII=模拟调光功能模拟调光功能 可利用外围电路调控输入电压可利用外围电路调控输入电压(0 1.24V)，以调整峰值电流的阈值。，以调整峰值电流的阈值。模拟技术调控模拟技术调控 LED 的亮度的亮度-利用调整峰值电流的方法实现亮度调控利用调整峰值电流的方法实现亮度调控25LSNSADJLFiRVII=调控调控 L17、ED 亮度的驱动电流亮度的驱动电流PWM 调光功能及低功率停机功能调光功能及低功率停机功能EN 引脚引脚-选项选项 只要将只要将 PWM 信号输入信号输入 EN 引脚，便可使用内部调光功能引脚，便可使用内部调光功能 将将 EN 引脚置于低电平的状态下达引脚置于低电平的状态下达 200us 以上，以上，VCC 稳压器的功能则暂时中止，但没有被主动拉下稳压器的功能则暂时中止，但没有被主动拉下 经过一段长时间后，只要经过一段长时间后，只要VCC 下跌至欠压锁定下跌至欠压锁定(UVLO)点，芯片便会改用停机模式，耗电也会下降至点，芯片便会改用停机模式，耗电也会下降至100uA 以下以下利用外置并行利用18、外置并行 FET 执行执行 PWM 调光功能调光功能 PWM 调光功能由调光功能由 EN 节点利用外来信号加以控制。节点利用外来信号加以控制。美国国家半导体的方案有什么优点美国国家半导体的方案有什么优点 业内最高的转换效率可以从根本上解决业内最高的转换效率可以从根本上解决IC的温升问题，保证系统的可靠性。的温升问题，保证系统的可靠性。路灯的应用环境十分恶劣，灯头内的环境温度可高达路灯的应用环境十分恶劣，灯头内的环境温度可高达80oC。而一般工业级。而一般工业级IC的最高工作结温为的最高工作结温为125oC。因此只有解决了效率问题，才有可能保证系统的可靠性。因此只有解决了效率问题，才有可能保证系19、统的可靠性。LM3402的典型应用效率可达近的典型应用效率可达近94.5%，LM3404的典型应用效率可达近的典型应用效率可达近97.6%，而，而LM3409则可高达则可高达98.X%高达高达75V的耐压，支持更高的输入电压，前级开关电源效率高，输出可以驱动更多的的耐压，支持更高的输入电压，前级开关电源效率高，输出可以驱动更多的LED。更少的外围元件个数，提高整体的可靠性。更少的外围元件个数，提高整体的可靠性。采用专利技术的恒定导通采用专利技术的恒定导通/关断时间控制方式，设计简单可靠。关断时间控制方式，设计简单可靠。业内大多数企业已经采用的成熟方案，并可以满足业内大多数企业已经采用的成熟方案20、，并可以满足EN55015认证，为什么不呢？认证，为什么不呢？降压高亮度降压高亮度 LED 驱动器系列驱动器系列5101520253035404550556065707580+ILED 500 mA500mA 1ALM3406LM3406LM3406HVLM3406HVLM3407LM340720V VIN,Max 42VRegulatorControllerVIN,Max 42VLM3409LM3409LM3409HVLM3409HV太阳能 LED 路灯2812V 太阳能系统充电器控制器-降压太阳能光电板12V 铅酸电池15 颗 LED350mA15 颗 LED350mA12V/24V采用 21、LM3423 升压 LED 驱动器的 60W 太阳能路灯的电源系统结构12V/24VLM2423 x429特点输入电压(VIN)范围：4.5V 至 75V高端电流检测 可调整的检测电压(VSENSE)，调整范围介于 50mV 至 1.25V50kHz 的快速 PWM 调光输入可编程开关频率可调光的 MOSFET 栅极驱动器输入欠压锁定零停机电流(LM3423)封装：LM3421:TSSOP-16 LM3423:TSSOP-20LM3423 的加强功能 调光逻辑极性控制 LED 就绪标志 故障计时器引脚这两款驱动器的功能齐全，特别适用于各这两款驱动器的功能齐全，特别适用于各行各业的照明系统行各业22、的照明系统!相关应用升压稳压器浮动降压稳压器浮动升压/降压稳压器SEPIC 稳压器LM3421/23-为 LED 提供驱动电流的低端控制器产品简介LM3421/3 是一款高电压的低端 NFET 控制器，可以调整输出电流的检测电压。30LM3421/23 的结构框图封装:LM3421:TSSOP-16 LM3423:TSSOP-20 LM3423 的加强功能 调光逻辑极性控制 LED 就绪标志 故障计时器引脚 零停机电流31输入电压范围：4.5V 至 75V?适用于极宽的输入电压范围具有高端电流检测功能的低端MOSFET 驱动器?可以用来配置升压、浮动降压及浮动降压/升压的 LED 驱动器N*V23、fVin_maxMax N*Vf=or n*Vf 的瞬态时，可以确保 LED 不会受损这款应用电路图采用升压拓扑结构，是12V/24V 总线 LED 路灯的理想解决方案!适用于 12V/24V 电池输入太阳能路灯的 LM3423 升压 LED 驱动器32 即使向升压转换器发出失效指令，以便关闭主开关，输入电压与输出电压之间也会出现漏电。输出端若有负载，漏电会缩短电池寿命。PWMGate DriveVINVOUT漏电漏电路径Ileak Vin/Rload采用传统的升压 LED 驱动器所要面对的问题33 若输出端出现短路，即使主开关已关闭，也不保证升压转换器不会出现输出端短路。输入电压的短路电流会24、流经电感器、整流器及接地，其大小取决于印制电路板的走线电阻、整流器的寄生电阻及电感器的 DCR 电阻。必须添加输入保险丝，以防出现短路。PWMGate DriveVINVOUT没有短路保护采用传统的升压 LED 驱动器所要面对的问题34当 EN 引脚命令升压转换器失效之后，主开关、DIM FET 及 FLT 引脚会被关闭。?I_leakage 0这样可避免任何漏电流入串联的 LED，因为升压转换器已失效!?可延长电池寿命Ileakage0支持快速调光及零停机电流的 LM3423 升压驱动器-相关应用35若串联 LED 与接地连接，形成短路，由 FLT 引脚负责驱动的输入端 P-FET 会随即被25、关闭，令输入路径成为开路。利用 LM3423 升压转换器为串联 LED 提供真正的短路保护功能!Isc0LED 与接地连接，形成短路支持快速调光及零停机电流的 LM3423 升压驱动器-相关应用36LM3423 的升压效率效率达90%以上(典型值)升压效率与输入电压之间的函数关系(利用 46V 电压及 1A 电流驱动 11 颗白光 LED)37LM3424 的特点:概要 产品特点:输入电压(VIN)范围：4.5V 至 75V 可调整的高端电流检测功能 2、1A 峰值电流的 MOSFET 栅极驱动器 输入欠压及输出过压保护 PWM 及模拟调光功能 每周期限流功能 可编程开关频率频率同步可编程的过26、热保护(thermal foldback)可编程软启动 准确的电压参考 低功率停机及过热停机封装：eTSSOP-20升压及降压/升压控制器评估板已有供货!38何谓过热保护温度LED 电流电流INOMTCORNER?LED 的寿命取决于其工作温度及驱动电流。?系统设计工程师面对棘手的热管理问题，因此设计LED 照明系统时，必须确保有关电路的工作温度不会超出其安全范围之外。?像 LED 路灯这类设于户外的照明系统不但要面对恶劣的工作环境，而且四周的环境温度也极高。这样的工作环境会严重影响 LED 性能的发挥，而且 LED 的寿命也会大幅缩短。?过热保护技术可以监控 LED 散热器/IMS 的温度:27、若 LED 的温度突然大幅飙升，过热保护功能会调低输出电流?照明系统的亮度会稍减，以免 LED 在不正常情况下过热受损!?因此，可保证 LED 有更长的工作寿命，让户外照明系统更耐用的同时，也更稳定可靠。39LM3424 的过热保护/模拟调光控制功能由于由于ITF=0，因此没有热能回折，因此没有热能回折理想的过热保护情况理想的过热保护情况40频率同步所有LM3424 驱动器都采用同一频率操作，可抑制电磁干扰，或简化系统的抗电磁干扰设计!10MHz RC 滤波器?可以将不受欢迎的高频噪声滤除，以免对RT 引脚造成干扰41LM342x 系列的发展路线图LM3421原有LM3429功能之外，还加上E28、N、DDRV 及 RPD 功能LM3423原有LM3421功能之外，还加上故障保护、调光极性、LED 就绪标志功能LM3429(新产品新产品)功能包括：高输入电压、高端电流检测、可调整电流检测、nDIM、过压保护时间2009 年2010 年特点LM3429+快速调光快速调光LM3421+故障显示及完善保护故障显示及完善保护LM3424(新产品新产品)原有LM3421功能之外，还加上过热保护、模拟调光、频率同步等功能过热保护、模拟调光、频率同步等功能42采用 LM342x 作为驱动器的 12V/24V 电池输入总线 LED 路灯-主要优点 LM342x-较高的输入及输出电压范围(高达 75V)1 颗 LED 驱动器可驱动多达 18 颗串联 LED 尽量提高每一灯组的 LED 数目?较低的方案总成本 LM3423 完善的保护及故障显示功能，以免 LED 灯组出现短路、过流、过压及过热等情况 可以令升压 LED 驱动器短暂失效，因此漏电极少?延长电池寿命 LM3424?过热保护功能-虽然工作环境突然失控，但户外照明系统可以通过过热保护功能调低其亮度，以免 LED 过热受损?频率同步功能-可以简化抗电磁干扰的线路设计，确保采用多颗 LED 驱动器的照明系统不会受电磁波的干扰43谢谢谢谢