LED驅(qū)動(dòng)控制電路HVLED805與應(yīng)用

路秋生

(北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京100050)

1 HVLED805的主要技術(shù)特性

(1)800 V耐壓的功率MOSFET管;

(2)初級(jí)側(cè)電流控制的恒流精度為5%;

(3)無(wú)需采用光電耦合器;

(4)準(zhǔn)諧振零電壓開(kāi)關(guān)(QR)工作模式;

(5)內(nèi)含高電壓?jiǎn)?dòng)電路;

(6)LED串開(kāi)路或短路保護(hù);

(7)自動(dòng)供電;

(8)和交流輸入市電供電電壓無(wú)關(guān)的輸入電壓前饋恒流控制。

2 HVLED805的特點(diǎn)

HVLED805是采用高壓初級(jí)側(cè)控制技術(shù)的LED驅(qū)動(dòng)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(jié)構(gòu)緊湊和造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。HVLED805內(nèi)含高性能的低壓PWM控制器和耐壓800 V抗干擾性能強(qiáng)的MOSFET功率開(kāi)關(guān)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(qū)動(dòng)器的應(yīng)用場(chǎng)合。HVLED805采用變壓器初級(jí)側(cè)反饋控制技術(shù)(PSR)完成輸出恒電流控制，這樣可以在不降低LED負(fù)載恒流精度的條件下省掉光電耦合器、次級(jí)基準(zhǔn)電壓和次級(jí)檢測(cè)電路，并且在一只或多只LED負(fù)載短路的情況下確保電路可靠工作。同時(shí)HVLED850還可以提供恒電壓輸出(CV)控制特性，這樣當(dāng)LED負(fù)載串由于故障原因而開(kāi)路時(shí)確保電路安全，不至于損壞驅(qū)動(dòng)電路。

HVLED805通過(guò)變壓器去磁檢測(cè)輸入來(lái)觸發(fā)功率MOSFET開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)諧振(QR)工作方式，這個(gè)變壓器去磁檢測(cè)信號(hào)也用作輸出電壓檢測(cè)電路的輸入控制信號(hào)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓恒電壓控制，并且也用作輸入電壓檢測(cè)器的輸入信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)和交流輸入市電供電電壓無(wú)關(guān)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(kāi)關(guān)工作頻率被設(shè)定為不高于166 kHz，在中等負(fù)載或輕負(fù)載的工作條件下自動(dòng)地降低電路開(kāi)關(guān)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(fù)載的工作條件下，HVLED805進(jìn)入突發(fā)工作模式，利用內(nèi)含的高電壓?jiǎn)?dòng)電路自動(dòng)降低電路的工作電流，降低電路的功耗。通過(guò)變壓器輔助繞組的取樣完成CV/CC控制。由于HVLED805是通過(guò)交流輸入市電整流輸出的直流電壓直接供電，這對(duì)電路的CC控制是非常有用的。

同時(shí)，HVLED805的一些輔助控制功能也進(jìn)一步優(yōu)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(nèi)部的輔助繞組斷開(kāi)、交流輸入市電電壓過(guò)低、變壓器次級(jí)繞組短路和變壓器磁飽和等故障檢測(cè)，HVLED805都可以提供很好的保護(hù)，并且在電路故障消除后電路可以自動(dòng)進(jìn)入再啟動(dòng)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(guò)程中用于散熱的PCB板敷銅皮部分應(yīng)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(xù)表

3 HVLED805的主要應(yīng)用場(chǎng)合

(1)AC/DC的LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用;

(2)LED改型燈(例如:E27，GU10燈)的應(yīng)用場(chǎng)合。

4 功率輸出電路和功率輸出級(jí)的柵級(jí)驅(qū)動(dòng)

HVLED805的功率開(kāi)關(guān)輸出電路加有放靜電保護(hù)，并且工作速率高(dv/dt)，功率MOSFET開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)過(guò)程中，功率MOSFET開(kāi)關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)電流為可控，以降低功率MOSFET開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)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(nèi)的下拉電路使柵極驅(qū)動(dòng)輸出為低電平，確保功率MOSFET開(kāi)關(guān)管不被誤觸發(fā)導(dǎo)通。

5 恒電壓工作(CV)

HVLED850通過(guò)變壓器初級(jí)側(cè)控制(PSR)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的檢測(cè)，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(kāi)關(guān)管 Q1的控制信號(hào)，串聯(lián)電阻 R用于限電流(VC/R)(見(jiàn)圖4)。

有關(guān)電流波形如圖6所示。一旦在變壓器的次級(jí)側(cè)有電流輸出，雙穩(wěn)態(tài)電路輸出高電位。在選用電容C的參數(shù)時(shí)應(yīng)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(kāi)關(guān)工作頻率范圍內(nèi)為10 μA 級(jí)的量級(jí)(ICLED的典型值為 20 μA)，這樣電容C的取值范圍在開(kāi)關(guān)頻率為數(shù)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(kāi)關(guān)周期波形

變壓器初級(jí)側(cè)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(wú)關(guān)，并且和變壓器的電感量無(wú)關(guān)，但與平均輸出電流有關(guān)的量是變壓器的匝數(shù)比和電流檢測(cè)電阻RSENSE的參數(shù)。

7 PCB電路板的布局

對(duì)任何開(kāi)關(guān)電源而言合理的PCB布線是確保開(kāi)關(guān)電源可靠工作的重要因素，對(duì)HVLED805的合理應(yīng)用而言也是類(lèi)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(shí)用中都需引起注意，有關(guān)布線的考慮如圖7所示。具體布線時(shí)需注意以下問(wèn)題。

(1)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)元器件的布線應(yīng)盡可能地靠近HVLED805的補(bǔ)償引腳，接地線應(yīng)盡可能地短;

(2)信號(hào)地和功率地應(yīng)分開(kāi)，并應(yīng)和檢測(cè)電阻的引線分開(kāi)。

圖7 布線的有關(guān)考慮

8 4.2 W離線式LED驅(qū)動(dòng)電路板EVAL HVLED805

4.2 W離線式LED驅(qū)動(dòng)電路板演示板EVAL HVLED805是采用初級(jí)側(cè)控制的LED驅(qū)動(dòng)電路板。

(1)演示板技術(shù)特點(diǎn)

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(guò)電壓=12 Vmax;

②電流紋波＜10%IOUT;

5)正常工作模式下的最低開(kāi)關(guān)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(shí)物圖如圖8示。

(2)EVAL HVLED805演示板的特點(diǎn)

EVAL HVLED805演示板采用ST新近推出的變壓器初級(jí)側(cè)控制(PSR)的LED驅(qū)動(dòng)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(duì)1～3顆LED串聯(lián)應(yīng)用場(chǎng)合可輸出350 mA的工作電流。由于采用HVLED805所構(gòu)成的電路工作于準(zhǔn)諧振(QR)反激變換工作模式，所以電路的導(dǎo)通損耗和EMI都可以做得較低。

圖8 EVAL HVLED805演示板的實(shí)物圖

(3)EVALHVLED805演示板電路原理圖和電路版圖

EVAL HVLED805演示板的電路原理圖和電路板圖如圖9所示，演示板的輸出電壓與工作效率關(guān)系曲線如圖10所示。

圖9 EVAL HVLED805演示板的電路原理圖

圖10 演示板的輸出電壓與工作效率關(guān)系曲線

如圖10所示，在采用2～3顆LED串聯(lián)使用的應(yīng)用場(chǎng)合電路的工作效率不低于70%，但是，在單只LED的應(yīng)用場(chǎng)合，電路的工作效率有所降低，原因是在單只LED的應(yīng)用場(chǎng)合電路的輸出電壓較低，輔助繞組不能為HVLED805提供足夠的電流使HVLED805可靠工作。

如圖11所示，交流輸入市電電壓越高，HVLED805的工作效率越高，HVLED805的輸出電流特性如圖11所示。

EVAL HVLED805演示板的PCB板正反面板圖分別如圖12和圖13所示。EVAL HVLED805演示板的變壓器繞制圖如圖14所示。

圖11 HVLED805的輸出電流特性

圖12 EVAL HVLED805演示板的PCB板正面圖(元件面)

圖13 EVAL HVLED805演示板的PCB板反面圖(布線面)

圖14 EVAL HVLED805演示板的變壓器繞制圖

［1］HVLED805，Off-line LED driver with primary-sensing，October 2010，Doc ID 18077，Rev 1

［2］EVALHVLED805，4.2 W off-line LED driver with primary side regulation，F(xiàn)ebruary 2011 Doc ID 18457 Rev 1