行业人士分享LED照明驱动设计中难题的解决思路

成本、效率、闪烁以及可靠性都是LED照明灯具开发者需要考虑的问题。MPS专家在本文中探讨了上述几个要素的解决策略，例如解决摄像机里面的LED灯闪烁、调光调不下去和启动不良的解决、通过软开关控制实现高效率以及省去金线、减小封装从而降低成本的思路。

数字电路和功率器件有它自己的工艺，把所有DC-DC驱动做到一个晶圆上。这有什么不好的地方?两个东西连接中间一定有引线等。电能的趋势是高频大电流，这就需要寄生参数非常小。假如有引线的话，如果频率高，寄生电流大了以后会带来电压的振荡等。如果往大电流走，阻抗偏高，整个损耗就会增加。 MPSBCDFast工艺能够支撑高频化、电流化，而且MPS的产品也可以做得比竞争对手小很多。MPS第一代产品已经比竞争对手的小，只有竞争对手 1/4大，这样成本可以更低。

省去金线、减小封装从而降低成本

IC内部大部分是用金线来连接，国内也有铜线。高频化、大电流的趋势下会带来金线成本上升。流过更大的电流，IC需要更粗的金线，势必会带来成本的上升。MPS的封装是用铜铸的方式跟底下的焊脚连在一起，铜铸的整个阻抗比金线要小很多;在散热方面，金线连接的IC要加很多散热片，但是这种封装每个引脚都可以当成散热源，简单讲可以通过PCB的面积来散热。这样IC热阻会比较小，同样封装可以做得小。封装越小越便宜，成本可以降低。

LED照明无非两种：一种是直流输入、一种是交流输入。首先先讲一下DC-DC方面。现在有些PAR灯用的不是纯粹的直流，用的是电子变压器。假设电子变压器是一个高频AC12V，甚至一些大功率的灯，比如30W、40W。当换成LED之后有什么问题?它的荷载变轻很多之后，有一段时间会停振。如果用降压IC做，假设摆3颗灯10V。如果用降压来做，要加很大，才能稳定住电压，比如12V。如果电压跌到9V，可能就不行了。如果电流放很大会有什么问题?启动的时候电子变压器是各种各样的，可是有很多没有带限流保护。如果电流很大，一启动就会烧掉电子变压器。所以降压的时候，在MRS16上有时不是很好用。MPS有什么样的方案可以做呢?首先是MP2481，这是针对350毫安，1W，有3、4颗灯串联的。这是1.4M高频的IC，频率越高，电感电流可以用很小。这可以用升压的方式、降压的方式、升降压三种方式来做。刚才讲到电子变压器，12V，可是镇流镇出来范围很大，最低电压可以到4.5V左右，相比较而言电流可以用相对较小的来处理。整个外围元器件非常简单，没有二极管，所有的保护有开路的，有短路的。这个是业内不多的一颗就能够提供升降压的IC。

车载车灯用的是铅酸电池是12V。可是车载在搭载点火的时候，电压跳动很厉害，有时候会跳到20几伏，甚至30几伏，这就需要一个高压IC来做，另外也能低到9V、8V。如果有客户想做车载车灯等，MP2483是一个选择，另外也可以提供车载认证。因为高压技术，做直流高压，标准的工艺能够做到30V左右。可是再往高压，并没有这个可能。

如何解决摄像机里面的LED灯闪烁

现在一般路灯的方案三级方案比较多，首先进来是PFC，输出DC电压，然后有很多不同功率的需求，每一个都需要一个恒流。像这种情况下，500毫安、350毫安可以做到97%，接近98%的效率，非常高，这是业内很难做到的。所以MP4688适合做700毫安、350毫安的路灯。另外有一些客户，以T8灯管为例，需要PFC、需要隔离。因为用单级PFC做出来的输入纹波，如果拿122HZ高清的摄像机去拍，画面上灯会闪烁。这种闪烁如果出现在拍电影现场，这是不太好的现象。这时候怎么做？前级还是PFC配合一个高压的DC-DC。这种DC-DC频率很高，很容易把100HZ的频率给滤掉，所以在LED灯端看不到固定的纹波。

MP4689跟上文提到的MP4688能够支撑100V耐压的DC-DC。还有MP2489，60V，2mm×2mm非常小。这也是一个高压的，电路非常简单，因为是自环控制的，所以只有一个检测电阻、二极管、电感，适合用于比较紧凑的、做的非常小的灯。

AC-DC输入现在做得很多，特别是日本做白炽灯替换计划，现在政府补贴做LED警报灯等等。AC-DC分两种，一种是隔离的，一种是非隔离的。非隔离的成本相对是低的。现在除日本，国内有一些客户在大规模做非隔离的。

软开关控制的LED驱动IC提供高效率方案

还有做调光的。首先看一看MP4000，1-30W非隔离的LED驱动。非隔离的电路比较简单，不需要变压器。MP4000也是唯一一个做软开关的 IC。什么叫软开关?大家知道一个电源的效率高低取决于损耗。损耗是哪里来?两方面，一是导通损耗，二是开关电源有开关损耗，包括驱动损耗。这里面跟什么有关系?跟频率有关系。一般的开关损耗是电流和电压的积分。传统的做法是硬开关，开关损耗相对比较大。因为电压下来，电流上去时有交叉的部分。这是一个软开关的IC，是怎么实现的呢?大家知道临界导通模式，通过电驱动端，临界导入的时候会发现电压突变，所以检测到电流倒流，这是零电流开通的模式。零电流能够带来效率，比如做到90%的效率跟竞争对手相比，能节省开关损耗和导通损耗。另外二级管部分，如果是CCM硬开关，就需要很快的反向恢复，可是 MP4000这种模式就不需要。

日本的电压是100VAC。MP4005很简单。一个是190V，一个是220V，阻抗是4.85Ω。控制方式也是软开关的技术，所以能够提供很好的效率，外围器件非常的简单。这是针对美国和日本市场的非隔离驱动。AC-DC电阻损耗较大。MP4001的 SmartLDO直接供电给IC。只有电压在15-30V的区间才可以充电，其它是阻断的，充电时间非常短。所以SmartLDO能够提供损耗非常小的方案。如果做3W、5W的用MP4001可以提供非常高的效率。

非隔离不需要PFC，特别是针对低功率应用。可是当开发8W以上功率的 LED驱动，就需要提供PFC。MP4020/4021系列是一个SingleStagePFC隔离方案。跟传统的对比来讲，成本上可以省掉很多，还有很高的PFC值，另外它也是一个临界导通模式，导通时损耗会比较小。

调光调不下去和启动不良如何解决

假如导通角被切掉很多的时候，启动往往会是一个问题，对于IC来讲，因为电压很低，调光调不下去或者会有闪烁。MP4030提供了很好的解决方案。调光调不下去很多原因是因为LED发生了变化。假如电流原来是350毫安，现在调到100毫安以下，人眼不太看得出来有变化，这是LED的指数效应。比如导通角是50%，电流就是50%；导通角只有20%，电流就是20%。假设切掉80%，还剩20%，其实肉眼看上去好像没什么变化，如果去测电流，电流是在变化，可是人肉眼识别不出来。针对MP4030，在导通角比较大的时候，电流跟导通角的变化斜率变大，导通角变小时电流变化更快，这样可以明显看到有调光效果，这是很重要的一个改变。另外这个IC其实就不需要维持电流，不需要在IC侧加任何东西，不需要加电流，不需要加电阻，损耗也非常小。

刚才讲到启动问题，假如导通角很小的时候，电压很低。假如直接从上面取电启动，可能启动会有问题。或者启动非常慢。如果启动一个灯，可能要10分钟才亮。MPS方案在导通角即使很小的时候，启动不会有问题，所以解决了很多问题，包括启动和闪烁。闪烁问题，很多是因为调光不理想，没有维持电流，所以 MP4030是一个非常好的方案。