LED驅動控制電路HVLED805與應用

2011-07-26 07:57:42路秋生

燈與照明 2011年4期

關鍵詞：工作效率變壓器

路秋生

(北京信息職業技術學院，北京100050)

1 HVLED805的主要技術特性

(1)800 V耐壓的功率MOSFET管;

(2)初級側電流控制的恒流精度為5%;

(3)無需采用光電耦合器;

(4)準諧振零電壓開關(QR)工作模式;

(5)內含高電壓啟動電路;

(6)LED串開路或短路保護;

(7)自動供電;

(8)和交流輸入市電供電電壓無關的輸入電壓前饋恒流控制。

2 HVLED805的特點

HVLED805是采用高壓初級側控制技術的LED驅動集成電路，可以直接由交流220 V市電整流輸出的直流電供電，具有使用外圍元器件少、工作效率高、結構緊湊和造價低的優點。HVLED805內含高性能的低壓PWM控制器和耐壓800 V抗干擾性能強的MOSFET功率開關管。HVLED805工作于電流型PWM的控制方式，主要用于ZVS反激變換LED驅動器的應用場合。HVLED805采用變壓器初級側反饋控制技術(PSR)完成輸出恒電流控制，這樣可以在不降低LED負載恒流精度的條件下省掉光電耦合器、次級基準電壓和次級檢測電路，并且在一只或多只LED負載短路的情況下確保電路可靠工作。同時HVLED850還可以提供恒電壓輸出(CV)控制特性，這樣當LED負載串由于故障原因而開路時確保電路安全，不至于損壞驅動電路。

HVLED805通過變壓器去磁檢測輸入來觸發功率MOSFET開關管的導通來實現準諧振(QR)工作方式，這個變壓器去磁檢測信號也用作輸出電壓檢測電路的輸入控制信號，用來實現輸出電壓恒電壓控制，并且也用作輸入電壓檢測器的輸入信號，來實現和交流輸入市電供電電壓無關的恒流控制功能(交流輸入市電供電電壓的前饋)。

HVLED805的最高開關工作頻率被設定為不高于166 kHz，在中等負載或輕負載的工作條件下自動地降低電路開關工作頻率，確保電路維持在ZVS工作條件，保持電路的高工作效率。在非常輕負載的工作條件下，HVLED805進入突發工作模式，利用內含的高電壓啟動電路自動降低電路的工作電流，降低電路的功耗。通過變壓器輔助繞組的取樣完成CV/CC控制。由于HVLED805是通過交流輸入市電整流輸出的直流電壓直接供電，這對電路的CC控制是非常有用的。

同時，HVLED805的一些輔助控制功能也進一步優化了電路的工作，提高了電路工作的安全性和可靠性。例如，利用HVLED805內部的輔助繞組斷開、交流輸入市電電壓過低、變壓器次級繞組短路和變壓器磁飽和等故障檢測，HVLED805都可以提供很好的保護，并且在電路故障消除后電路可以自動進入再啟動工作模式。

HVLED805的外形封裝圖如圖 1所示，HVLED805的引腳圖如圖2所示，需注意的是在使用過程中用于散熱的PCB板敷銅皮部分應在HVLED805的引腳DRAIN下方，以便于集成電路的散熱。HVLED805的電路工作原理框圖如圖3所示，HVLED805的引腳功能如表1所示。

圖1 HVLED805的外形封裝圖

圖2 HVLED805的引腳圖

圖3 電路工作原理框圖

表1 HVLED805的引腳功能

續表

3 HVLED805的主要應用場合

(1)AC/DC的LED驅動應用;

(2)LED改型燈(例如:E27，GU10燈)的應用場合。

4 功率輸出電路和功率輸出級的柵級驅動

HVLED805的功率開關輸出電路加有放靜電保護，并且工作速率高(dv/dt)，功率MOSFET開關管的最低V(BR)DSS值為800 V，典型RDSon值為11 Ω。

在功率MOSFET管的開關過程中，功率MOSFET開關管的柵極驅動電流為可控，以降低功率MOSFET開關管的開關損耗和降低電路的共模EMI。

在欠電壓鎖定輸出工作模式(UVLO)下，HVLED805內的下拉電路使柵極驅動輸出為低電平，確保功率MOSFET開關管不被誤觸發導通。

5 恒電壓工作(CV)

HVLED850通過變壓器初級側控制(PSR)來實現輸出電壓的檢測，圖4給出了恒電壓工作模式的工作原理圖。

6 恒電流工作模式

圖5表示反激變換器平均輸出電流控制的工作原理。輔助繞組的輸出電壓用于去磁電路MOSFET開關管 Q1的控制信號，串聯電阻 R用于限電流(VC/R)(見圖4)。

有關電流波形如圖6所示。一旦在變壓器的次級側有電流輸出，雙穩態電路輸出高電位。在選用電容C的參數時應確保在電容C上的電壓為恒定值。由于電容C的充放電電流在開關工作頻率范圍內為10 μA 級的量級(ICLED的典型值為 20 μA)，這樣電容C的取值范圍在開關頻率為數十kHz的情況下取4.7～10 nF。

圖4 恒電壓工作模式的工作原理圖

圖5 電流控制原理工作框圖

圖6 恒流工作:開關周期波形

變壓器初級側的峰值電流可以利用公式(1)表示。

平均輸出電流利用公式(2)表示。

式(2)表示平均輸出電流和輸入電壓或輸出電壓無關，并且和變壓器的電感量無關，但與平均輸出電流有關的量是變壓器的匝數比和電流檢測電阻RSENSE的參數。

7 PCB電路板的布局

對任何開關電源而言合理的PCB布線是確保開關電源可靠工作的重要因素，對HVLED805的合理應用而言也是類似的。合理的原器件布局、正確的PCB布線、合理的PCB線寬、足夠的絕緣距離等因素在實用中都需引起注意，有關布線的考慮如圖7所示。具體布線時需注意以下問題。

(1)補償網絡元器件的布線應盡可能地靠近HVLED805的補償引腳，接地線應盡可能地短;

(2)信號地和功率地應分開，并應和檢測電阻的引線分開。

圖7 布線的有關考慮

8 4.2 W離線式LED驅動電路板EVAL HVLED805

4.2 W離線式LED驅動電路板演示板EVAL HVLED805是采用初級側控制的LED驅動電路板。

(1)演示板技術特點

1)輸入電壓范圍(VIN):185～265VAC;

2)交流輸入市電供電頻率范圍(fL):50～60 Hz;

3)最大(額定)輸出功率:4.2 W;

4)輸出電流:IOUT=350(1±5%)mA;

①過電壓=12 Vmax;

②電流紋波＜10%IOUT;

5)正常工作模式下的最低開關工作頻率:70 kHz;

6)平均工作效率:(1～3 LEDs)＞70%;

7)空載最大輸入功率＜100 mW。

EVAL HVLED805演示板的實物圖如圖8示。

(2)EVAL HVLED805演示板的特點

EVAL HVLED805演示板采用ST新近推出的變壓器初級側控制(PSR)的LED驅動控制PWM集成電路HVLED805，交流輸入市電供電電壓范圍為185～265 VAC，具有很好的恒電流控制精度，對1～3顆LED串聯應用場合可輸出350 mA的工作電流。由于采用HVLED805所構成的電路工作于準諧振(QR)反激變換工作模式，所以電路的導通損耗和EMI都可以做得較低。