您好, 登录| 注册|
论坛导航
您好, 登录| 注册|
子站:
商城:

意法半导体(ST)拥有丰富的普通LED照明元器件和开发

2017-07-27 16:07 来源:意法半导体 编辑:电源网

摘要

随着普通LED照明市场持续增长,客户对新的智能功能、更高的能源效率和节省资金的要求也随着提高。本文围绕LED家用照明、商用照明和路灯,介绍意法半导体的宽产品线如何满足灯具市场的需求,从系统角度介绍意法半导体的产品线,讨论主要的系统架构及相关产品和评测工具。

前言

LED普通照明应用市场分析(IHS 2016年3月期的“世界LED照明电源市场”报告)预测,2015-2020年, LED家用照明市场复合年均增长率为25%,商用照明市场(商店和写字楼)29%,路灯16.9%。有两个主要因素拉动市场增长。第一个因素,很多大国开始重视能源问题,并发布了采用高能效光源(LED)淘汰白炽灯的节能法规;第二个因素,在新兴经济体国家,随着城镇化步伐加快,城镇人口急剧增长,这迫使当地政府推广高能效光源,升级改造城镇基础设施。在家用、商用和街道LED照明市场,意法半导体的宽产品线策略十分切合该市场报告的分析预测。

00

意法半导体产品

意法半导体LED产品组合很宽,包括专用产品和标准产品,覆盖整个LED普通照明应用。

意法半导体的产品、平台和评测板分为家用、商用、路灯用,支持最常用的系统架构/电路,还专门设立了 eDesignSuite部门,为包括LED照明在内的应用市场提供电源管理软件工具。

LED家用照明

LED家用照明市场对LED光源能效和驱动芯片的要求越来越高,高集成度,高能效,高功率因数(HPF),长寿命,调光功能,系统成本低,元器件数量少,是家用照明应用市场的主要需求。

意法半导体高集成度离线转换器产品线很宽(每款产品都包含一个片上集成控制器和保护电路的功率MOSFET),最高输出功率15W,击穿电压800 V,能够管理市场上主流驱动拓扑,例如, 降压、升/降压和反激式拓扑。在这些产品中,专用离线LED驱动转换器,例如,HVLED805、HVLED807PF、HVLED815PF,具有高功率因数和一次侧恒流/恒压稳压(PSR-CC/CV)功能,如图1所示,因为电路二次侧无需稳压芯片和光耦,所以系统成本较低。此外,VIPerPlus系列Viper*5、 VIPer*6、VIPer*7、VIPer*8、VIPer0P和VIPer01离线转换器也适合驱动LED。

11

图1 – 具有PSR-CV/CC功能的高功率因数反激式拓扑

反激式拓扑的钳位电路推荐使用STRVS*反复过压保护器件和STTH*超高速二极管(600V-1200V产品);STPS*肖特基二极管和FERD*场效应整流管非常适用于输出整流。STRVS*保护芯片的低泄漏电流、输出二极管的低VF/IR比和STTH*的优异的VF/trr比,保证反激式拓扑具有出色的可靠性和能效。

通过推出高功率密度(高达61V/3A)的LED5000、LED6000 DC-DC LED驱动转换器(单片集成控制器+ MOSFET),意法半导体支持用MR16  LED光源替代卤钨灯。

意法半导体提供多种LED家用照明系统评测板。一次侧评测板如图2所示。

22

图 2 – 主要家用照明系统评测板

LED商用照明

商用和建筑照明系统通常需要20W以上的功率,以及高功率因数,高能效,节省成本,有时需要多条灯带,有远程监控功能。

在只有一条灯带时,通常使用反激式拓扑。意法半导体的新产品HVLED003D (2016年第四季度上市)是一款离线反激式LED驱动控制器,一次侧恒流稳压(PSR-CC)模式,内置调光功能(0-10, PWM和可控硅),可直接驱动单灯带,无需光耦和二次侧控制器。主要开关管推荐MDmesh™ K5功率MOSFET系列,我们发现 800-900-950Vbr产品(ST*N80K5、ST*N90K5和ST*N95K5 pn)特别适合这种拓扑。MDmesh™ K5系列适用于硬开关拓扑,具有低Rdson导通电阻、低Qg栅电荷和低电容的特点。

关于钳位网络,我们推荐使用前面家用照明部分讨论的钳位电路器件。STPS*肖特基二极管、FERD*场效应整流管和超高速二极管系列(大于等于200V的STTH*产品)最适合输出整流电路。

多灯带电源架构由主电源(通常是反激式拓扑)和多灯带管理电路组成,主电源提供恒定的DC总线电压。架构如图3所示。

33

图3 – LED多灯带电源架构

意法半导体的离线LED控制器HVLED001/A内置一次侧恒压稳压(PSR-CV)电路和调光功能(0-10, PWM),适用于反激式拓扑。PSR-CV模式意味着电路不需要光耦和二次侧控制器。该反激式拓扑使用前文单灯带所用的功率MOSFET、输出二极管和钳位网络。多灯带管理分为模拟控制和数字控制两种方法:

• 高功率密度(最高61V/3A) 的DC-DC LED驱动降压转换器(单片集成控制器 + MOSFET) LED2000、LED2001、LED5000和LED6000(图4)适用于模拟管理方法。

44

图4 – 基于转换器的模拟式LED多灯带管理方法

还可以使用新的基于固定关断时间(FOT)算法的HVLED0002电流式LED控制方法实现反向降压拓扑(图5);在这个拓扑内,60V - 100V低压STripFET F7功率MOSFET系列(推荐ST*N6F7和ST*N10F7)确保所有的解决方案都高效可靠。STripFET F7系列产品具有极低的Rdson导通电阻、优化的体二极管(低Qrr)、优化的本征电容和合理的Crss/Css比。

55

图5 – 基于控制器的模拟式LED多灯带管理方法

降压拓扑和反向降压拓扑建议使用单灯带拓扑所用的输出二极管。

• 针对基于反向降压拓扑(图6)和PM88*或TD35*栅驱动器的数字式灯带管理方法,意法半导体提供新的STLUX系列专用数字照明控制器以及STM32高性能微控制器。推荐使用STM32F334、STM32F301、STM32F0*和STM8S*。本例中的功率MOSFET与图5的功率MOSFET相同,输出二极管使用图4和图5的二极管。

66

图6 – 数字式LED多灯带管理

意法半导体开发了多款商用单多灯系统评测板,图7给出了其中部分评测板。

77

图 7 – 主要的LED商用照明系统评测板

路灯

能效高、寿命长、远程控制、尺寸紧凑、工作温度范围宽(-40 °C),是对LED街道照明应用的主要要求。路灯输出功率通常在75W以上。

单灯带架构通常采用数字方法实现一次侧稳压恒流控制,由 PFC稳压器后接一个HB-LC谐振级构成(图8)。

88

图8 – PSR-CC模式LED单灯带数字驱动器

在这种情况下,LED驱动架构是一个两级结构,由PFC和HB-LC两个电路组成(图8),两个电路共用一个数字管理芯片。关于数字管理芯片,意法半导体提供STLUX系列LED照明专用控制器以及多款 STM32高性能微控制器:我们推荐STM32F334、STM32F301和STM32F0*。PFC级电路可以采用PM88*或TD35*低边栅驱动器;LC级可以采用L638*、L639*或L649*高边驱动器。两级电路建议采用不同的功率MOSFET管:

- PFC(升压): 600-650Vbr  MDmesh™ M2系列(ST*N60M2和ST*N65M2)和600V  MDmesh™   M2-EP系列(ST*N60M2-EP)。两个系列的栅电荷Qg均极低,为轻载工况优化。M2-EP是高开关频率产品。

- HB-LC: 500-600Vbr MDmesh™ DM2系列(型号: ST*N50DM2和ST*N60DM2)和 600Vbr MDmesh™ M2系列(ST*N60M2)或600V   MDmesh™ M2-EP(ST*N60M2-EP)系列。DM2系列内置trr特性改进的本征二极管, dV/dt耐受性能出色。

关于输出整流,PFC级(TM和CCM模式)推荐采用STTH*06 600V超高速系列二极管,而STPSC*碳化硅二极管建议只用于PFC-CCM。HB-LC建议采用前面商用LED单灯带的输出二极管。

多灯带电源架构由主电源和多灯带管理电路组成,主电源提供一个恒定的总线电压。主电源级通常包括集成LLC谐振转换器的高功率因数校正(PFC)级,提供总线恒压。后接的LED灯带控制是由多个降压或反向降压转换器来实现。

99

图9 – 基于双片控制器的模拟式LED多灯带管理架构

PFC和HB-LLC级建议采用单灯带管理架构相关电路级所用的功率MOSFET开关管,而降压和反向降压转换器则采用60-100V低压STripFET F7功率MOSFET系列(产品型号ST*N6F7和ST*N10F7)。在HB-LLC、降压和反向降压电路内,输出二极管建议采用STPS*肖特基二极管、FERD*场效应整流器和超高速二极管系列(大于等于200V的STTH* 产品)。PFC级使用单灯带管理电路所用元器件。

关于两个电路级(电源级和LED控制级),意法半导体提供模拟和数字两种驱动解决方案。

• 模拟驱动

对于Pout ≤ 250W的应用,意法半导体提供L6562A*、L6564*和L6563*系列临界模式(TM)PFC控制器(低端、中端和高端产品),而高功率应用可以采用L4981* 和L4984D系列连续导通模式(CCM)PFC控制器。管理HB-LLC谐振电路可以采用专用控制器L6599A*和L6699(低端和高端芯片)。要想简化电路设计,还可以采用新的PFC控制器和HB-LLC驱动器二合一 的STCMB1双片控制器(图9)。

LED多灯带管理可以采用高功率密度的DC-DC LED驱动降压转换器LED5000和LED6000(图4)或者可以使用新的基于固定关断时间(FOT)算法的HVLED002电流模式LED控制器实现反向降压拓扑(图5)。

• 数字驱动

数字驱动方法需用两个数字芯片:一个是一次侧芯片(PFC级和HB-LLC级),另一个是二次侧芯片(控制LED灯带所需的全部反向降压电路) (图10)

100

图10 – 数字解决方案

关于这两个芯片,意法半导体的解决方案是采用单灯带所用的芯片,二次侧反向降压控制器还是采用STM8*系列微控制器。

110

图11 – 主要的路灯LED系统评测板

PFC控制器和HB-LLC电路建议采用单灯带所用的栅驱动器,反向降压控制器采用商用数字LED多灯带管理所用的栅驱动器。

针对单灯带和多灯带LED路灯应用,意法半导体提供多种系统评测板。图11列出部分评测板。图7列出的STEVAL-ILL074V1/V2 (60W模拟LED驱动)和STEVAL-ILL077V1(60W数字多灯带 LED驱动)适用于路灯。

eDesignSuite软件工具

eDesignSuite是一套易用的功能全面的软件工具,帮助客户定义应用需求,利用意法半导体的各种产品,将应用需求转化成满意的解决方案。套件包括

1) 智能仿真器和系统设计引擎(图12):根据不同的应用设计(电源、太阳能、充电器、LED照明、信号调理、RF设计),为用户推荐产品和拓扑;

120

图12 – 智能仿真器和系统设计引擎视图

2) 智能选型器:帮助用户选择最适合的产品类型(例如:二极管);

3) 配置器:节省为某一个具体应用设计设定参数所用的时间和工作量(例如,照明应用的STLUX SMED)。

声明:本网站原创内容,如需转载,请注明出处;本网站转载的内容(文章、图片、视频)等资料版权归原网站所有。如我们采用了您不宜公开的文章或图片,未能及时和您确认,避免给双方造成不必要的经济损失,请电邮联系我们,以便迅速采取适当处理措施;欢迎投稿,邮箱:editor@netbroad.com。

用于 RF/模拟电路的超低噪声、300mA 线性稳压器 80V 宽输入电压降压开关稳压器
申请条件:企业邮箱注册 申请条件:企业邮箱注册
支持低成本2m线缆通信的精密湿度感测 适用于20S应用的工业电池管理模块
通过EMC/EMI测试的双线制4-20mA发送器 面向工业以太网应用的快速启动参考设计
面向MCU和RS-485的Fly-Buck偏置电源 优化延迟功耗和内存的热电偶感测前端
热门职位平均薪酬职位数
电源研发工程师9910665查看
电子工程师10000431查看
测试工程师8000336查看
嵌入式开发15000646查看
技术专题 更多>>
TE Connectivity&赫联 我们就在您身边
带你走进国内权威CNAS&ILAC认证实验室
电源网牵头联合芯派实验室和是德科技联手为电源网网友提供的福利活动—即“免费带你走进国内最权威的CNAS&ILAC认证实验室—西安功率器件测试应用中心”活动圆满举办成功。

头条推荐

2017年电源网工程师巡回培训会-上海站会后报道
2017年电源网工程师巡回培训会-上海站于9月16日召开,会议共计6个议题有近230的工程师到场参与,陶显芳陶老师分享了关于"EMI传导干扰滤波电路的设计“议题,将现场工程师交流推向了高潮!
2017慕尼黑上海电子展
关注我们
新浪微博
官方Q群
客服热线
服务时间:周一至周五9:00-18:00
微信关注
免费技术研讨会
获取一手干货分享