小巧且具备较宽输入电压的LM2842令LED照明如虎添翼

大多数人都相信高亮度LED(HBLED)将是照明最终的明智选择。HBLED的制造商大幅度地提高产品的每瓦流明数，不断地改进产品能效，这也使得HBLED越来越受欢迎。相信不久之后，LED的每瓦流明数将大大超过现在的荧光灯水平。

LED照明首先主要应用于替换低电压射灯和轨道灯这两个领域。包括替换原有的标准尺寸灯具，例如：MR16、PAR20、PAR25、PAR30和PAR38。美国国家半导体(NS公司)已经提供了多种解决方案用于美化LED，使其适用于这些场合，包括LM342X和LM340X系列LED驱动。但是不管这些LED是如何驱动的，他们都面临一个共同的问题：如何散热。对于这些小尺寸封装来说，单纯依靠空气自由流动来发挥作用的散热片往往是不够的。这使得设计者必须考虑添加某些能够强制空气流动的固定装置。针对这种尺寸的装置，最常见的办法是利用直流电扇，或者采用Nuventix公司的Synjet作为更加精细和耐用的解决方案。风扇往往更加省钱，可以在5V或12V的直流电压上工作，但是却不容易嵌入到照明装置中，同时风扇的使用寿命顶多也是上万小时。另一方面，Synjet是为了这些照明装置组合安装而专门设计的，工作电压是5V直流，并且使用寿命可以长达10万小时。

这些系统的标准输入可以是直流或交流系统。12V和24V交流系统已经广泛应用于低电压照明系统，同时12V和24V直流系统正在逐步推广，并日益普及。由于12V系统非常常见，所以要设计并驱动一个5V的冷却系统并不困难。但正是由于存在这么多系统，输入电压的分布范围将十分广泛，尤其是对于交流输入来说，理想状况就是能够有一种解决方案将范围较宽的输入电压进行转化，进而提供5V电压，同时占据空间很小，能够很轻易地嵌入到照明装置中。幸运的是对于小型装置来说，LM2842能够很好地实现上述要求，相似型号的LM2841也同样可以做到。

直流输入系统可以作为变压器将较宽的输入电压直接转化为5V，而这也是最为容易和简便的解决方案。典型的解决方案包括风扇和Synjet所需的驱动电流介于100~600mA方案。LM2841能够为小型冷却系统提供300mA的电流，LM2842能够为体积更大、功率更强的冷却系统提供高达600mA的电流。图1给出的LM2842设计输入电压为12V直流或者24V直流，可以提供必需的5V电压。整个方案可以提供高达600mA的电流，却只占用了大约1/4的PCB(印制电路板)面积，从而使得它可以很容易地嵌入任何改进装置之中。LM2841基于完全一样的设计，专门针对较低的电流应用，同时还允许使用小型的物理电感，从而占用更小的空间。

然而，正如上文所述，众多12V交流和24V交流系统正在广泛使用，人们更希望它们在改进之后能够继续发挥作用，而不是直接用更先进的直流系统将其彻底取代。这意味着设计方案中必须考虑较宽的输入电压范围。为达到这一目的，可以简单地利用桥接整流器和大量输入电容组成原始的AC-DC整流器。考虑到线路容许偏差，24V交流系统能够提供的峰值电压将是40V。但如果将输入电容最小化，那么输入电压将跌至10~12V。LM2841和LM2842允许输入电压在较大范围内变动，可以提供足够的电源拒绝(rejection)，并确保输出电压精确地稳定在5V。图2和图3分别给出了12V交流和24V交流系统的电路图。

这里有几点需要注意。24V交流输入具有较高的RMS电压，使得LM2842的电流会偏小。它还有较高的峰值。出于这些原因，LM2842可以采用一个较小的输入电容来维持合理的运行输入电压。同时需要注意的是，图2和图3中的电路是针对600mA的完整输出电压而设计的。正因为如此，显而易见的是如果冷却系统使用较低的电流，那么可以用较小的输入电容来进一步缩减电路尺寸。例如，如果LM2842被替换为LM2841，最大输出电流将是300mA，从而输入电容可以减半。

如果您掌握了正确的驱动工具，LED的热管理将不再成为难题。

参考文献：

[1]NS’s LED Drivers-LED Lighting design[R/OL].http://www.national.com/analog/LED

[2]LM2841/LM2842 300mA/600mA up to 42V input step-down DC/DC regulator in thin SOT-23[R/OL].(2009-9-2). http://www.national.com/ds/LM/LM340.pdf

[3]LM3424:Constant current N-channel controller with thermal foldback for driving LEDs[R/OL].(2009-10-13). http://www.national.com/ds/LM/LM3424.pdf

[4]LM340/LM78XX series 3-terminal positive regulators[R/OL].(2006-7). http://www.national.com/ds/LM/LM340.pdf

[5] SynJet Active Cooling for LED Thermal Management Clears Way for Energy Efficient LED Lighting in Commercial and Consumer Markets[R/OL]. http://www.nuventix.com/led_cooling/