近年來，高亮度LED的應用領域不斷增多，涵蓋從移動設備背光、中大尺寸LCD背光、汽車內部及外部照明及通用照明等寬廣範圍。常見DC-DC LED照明應用包括景觀照明
、內部低壓道路照明

、太陽能供電照明

、汽車照明、應用車輛照明
、船舶應用、低壓鹵素類替代及飛機內部照明等。

安森美半導體提供DC-DC低功率 LED照明應用的多款LED驅動器，涵蓋升壓、降壓以及升降壓等不同拓撲結構，如圖1所示。在這係列產品中，NCL30160和NCL30161是安森美半導體較新的兩款DC-DC LED驅動器。NCL30161 LED驅動器適合於寬電壓應用
，它可通過平均電流控製使LED紋波電流控製在平均電流的10%，輸出不需要濾波電容，而且支持PWM或模擬調光

；還有一款轉換器NCL30160集成了MOSFET
，同樣可最大限度地減少空間和成本。本文將重點介紹這兩款產品的關鍵特性及應用設計要點。
 
NCL30161的優勢和典型應用

NCL30161是一款平均電流滯環控製模式高亮度LED降壓控製器。由於LED紋波電流得到了有效的控製，輸出不需要濾波電容；高達1.4 MHz頻率下的工作，外圍可以使用小尺寸的被動元件；通過外接電阻或線性降壓給芯片提供電壓
，可以支持高壓輸入
；支持脈寬調製(PWM)或模擬調光。模擬調光簡單地調節LED串的DC電流
，以改變LED的光輸出；而PWM調光則是改變LED串中恒定電流的占空比，以有效改變LED串中的平均電流，以此實現調光。

NCL30161具有很多特色功能，如Vin輸入電壓範圍6.3 V至40 V，可外部擴展至更高的輸入電壓

；LED電流可通過外部電阻設定，可以在100%占空比工作
；控製器不需要進行環路補償
，滯環控製可實現好的電源注入抑製和快速的負載瞬態響應；當有多串LED(如RGB)時
，地端電流檢測可以采用多串LED如RGB共陽連接
，減少LED串的連線數量；單一管腳實現PWM調光和使能控製，調光範圍寬；支持輸出全陶瓷電容或無輸出電容設計，使用很小的外部元件，節省空間和成本
；完善的保護功能包括可調節的LED電流、LED短路保護和輸入欠壓保護
，以及過熱保護功能。

由於采用極少的外部元件，NCL30161是汽車、工業和通用照明的理想解決方案，市場和應用包括LED驅動器
、恒流源
、汽車照明、通用照明和工業照明。
 
圖2是NCL30161的典型應用降壓LED驅動器的框圖。可以看到，LED直接連接到輸入電壓，電流通過連接到地端的RSENSE設置；PWM調光和使能控製通過芯片的DIM/Enable腳實現；ROT用來設置初始關斷時間。

這是一個平均電流滯環控製倒置Buck拓撲結構，外置MOSFET可以實現大電流LED驅動，連續電流模式不需要輸出電容
；工作頻率高達1.4 MHz，可以通過外部電感進行調整。

圖3是NCL30161內部框圖，它由7個部分組成：內部LDO部分把輸入的高電壓變為5 V穩壓，為內部邏輯供電，包括外部MOSFET的驅動；PWM調光和使能控製部分
；MOSFET驅動部分；內部比較器峰值電流檢測部分，比較電壓為220 mV

；穀值電流檢測，內部設定在180 mV
；LED短路檢測；關斷時間調整。

下頁內容：NCL30161的設計應用要點
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NCL30161的控製邏輯如下，通過檢測LED的峰值和穀值電流，可以實現LED電流的滯環控製
，LED的紋波電流控製在平均電流的±10%以內，由於同時控製LED的峰值電流和穀值電流，LED的平均電流恒定，不隨輸入電壓和串聯LED數量的變化而變化。MOSFET開通時，LED電流增加到達峰值電流220 mV時，MOSFET關斷
；MOSFET關斷時
，LED電流下降，內部關斷時間定時器決定關斷時間，達到定時時間，MOSFET開通時檢測穀值電流並根據檢測到的穀值電流調整下一次關斷時間，穩態時穀值電流被控製在180 mV。

在圖4中右側可以看到NCL30161的典型電流波形，紅色為MOSFET開通時的電流路徑；綠色為MOSFET關斷時的電流路徑；右側最下麵是LED電流波形

，可以看到它是連續的
，且紋波電流在±10%以內。

由於MOSFET關斷時沒有電流，地端的電流檢測電阻無法檢測到電流，因此需要關斷時間設定電阻ROT來設置初始的關斷時間，關斷時間設定電阻隻在啟動的時候起作用
，啟動結束後由內部時間關斷定時器來控製關斷時間。選擇電阻值ROT時，首先利用等式(1)計算關斷時間；然後利用(2)計算電阻值：

  (1)
  (2)

圖5是NCL30161典型應用的能效曲線。其外部MOSFET是安森美半導體的60 V NTTFS5826。左圖是300 mA輸出時不同LED數的效率曲線；右圖是1 A輸出時不同LED數的效率曲線，可以看到整個效率是比較高的。

PWM調光功能可以通過DIM/EN腳實現；圖6中左圖是PWM調光占空比和輸出平均電流的曲線
，可以看到PWM占空比和輸出電流的線性度很好。右圖是PWM調光信號高/低時LED電流的變化，可以看到電流的波動範圍很小。NCL30161也可以通過在CS腳的R7加入一個直流偏置電壓信號來實現模擬調光。這樣，施加的模擬電壓不同
，LED電流就會變化，從而實現模擬調光
，如圖7。
  下頁內容：多串LED的連接和降壓/升壓控製
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由於NCL30161是在輸入端連接LED串(電流檢測在地端)），在連接多串LED時，LED串的陽極可以共用一條母線
，LED串連線數為n+1；而上端檢測LED電流的方式需要2n的連線數量，如圖8。

如果應用的輸入電壓範圍超過芯片的40 V耐壓
，在要擴展輸入電壓範圍時，可以在Vin端串聯電阻或增加線性調節器，圖9中使用了一個三極管、一個穩壓管和一個電阻，將芯片Vin的電壓限定在40 V以下為芯片Vin供電
；功率輸入部分的電壓可以高於40 V，如75 V，如圖9。這時，可以選用高耐壓的MOSFET來滿足高壓輸入的要求。


NCL30161除了可以實現降壓控製之外，還可以實現升壓控製
，圖10是其典型電路。當沒有R7時，NCL30161可以在恒流輸入狀態工作，加入前饋電路R7後可實現恒功率輸入升壓控製。
  下頁內容：NCL30160的不同之處
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NCL30160的不同之處

除NCL30161以外，安森美半導體還為驅動大功率LED新推出一款NFET遲滯降壓
、恒流高亮度LED驅動器NCL30160。這個新一代高能效的解決方案集成了MOSFET

，電流提升到了1.5安培，損耗非常低，體積也更小，可最大限度地減少空間和成本，並集成了多種保護功能。

這款器件接受6.3 V至40 V輸入電壓
，利用集成的1 A/50 mΩ低導通阻抗內部MOSFET及以100%占空比工作的能力，能夠提供能效高達98%的方案。由於集成MOSFET耐壓僅為40 V，因此NCL30160隻適合於40 V以下輸入、1.2 A以下的應用。與NCL30161相同，其最高1.4 MHz的高開關頻率使設計人員可采用更小的外部元件，將電路板尺寸減至最小
，成本降至最低。圖11是NCL30160的內部框圖。

NCL30160為區域照明及路燈等講究高能效、高亮度的中大功率LED通用照明應用提供了極佳的方案，同時適用於MR16 LED燈泡等住宅應用。

圖12是NCL30160連接不同LED數和不同電流時的能效曲線。可以看到
，其能效是非常高的。

安森美半導體還為上述器件提供輔助設計工具和支持，包括Excel表格工具

、評估板和24 V LED燈條應用注釋。在Excel表格設計工具中，工程師隻需要填入輸入電壓
、輸出LED的數量、LED的壓降和LED的數量
，即可自動計算出所需的結果
，非常快捷方便。