基于AC／DC數(shù)字電源控制器iW3610的可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

普通照明用LED驅(qū)動(dòng)電源一般都采用基于PWM控制器的反激式變換器電路拓?fù)?。這種解決方案雖然結(jié)構(gòu)簡單，但一般不能利用傳統(tǒng)白熾燈用三端雙向晶閘管(TRIAC)調(diào)光器對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光，這是因?yàn)榘谉霟羰且环N純電阻性負(fù)載，而AC/DC電源系統(tǒng)與白熾燈的情況完全不同。用iW3610型AC/DC數(shù)字電源控制器構(gòu)建反激式LED驅(qū)動(dòng)器，可以與所有類型的調(diào)光器兼容操作，調(diào)光范圍達(dá)2%～10%，并且無閃爍現(xiàn)象發(fā)生，在無調(diào)光器時(shí)的功率因數(shù)達(dá)0.9，系數(shù)效率達(dá)85%。

1 iW3610的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

iW3610采用8引腳SOIC封裝，引腳配置如圖1所示。

iW3610芯片集成了啟動(dòng)和輸入電壓檢測(cè)電路、反饋信號(hào)調(diào)節(jié)電路、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、調(diào)光器檢測(cè)與相位測(cè)量電路、恒流控制電路、過電流保護(hù)比較器、峰值電流限制比較器、斬波(chopping)電路MOSFFT柵極驅(qū)動(dòng)器以上主電源中MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器等，如圖2所示。

iW3610各個(gè)引腳功能如下所述。

引腳1(OUTPUT(TR))：斬波電路MOSFFT開關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)輸出。

引腳2(VSENSE)：變壓器輔助繞組感測(cè)信號(hào)輸入，用于次級(jí)邊電壓反饋以對(duì)輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。

引腳3(VIN)：整流輸出電壓檢測(cè)信號(hào)輸入，用于調(diào)光器相位檢測(cè)、輸入欠電壓/過電壓保護(hù)，在啟動(dòng)期間為芯片提供電源電流。

引腳4(VT)：外部關(guān)閉控制端。如果關(guān)閉控制不用，應(yīng)當(dāng)連接一個(gè)電阻接地。

引腳5(GND)：地引腳。

引腳6(TSENSE)：初級(jí)電流感測(cè)輸入，用于逐周期峰值電流控制。

引腳7(OUTPUT)：反激式變換器MOSFET開關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)輸出。

引腳8(VCC)：控制器電源，啟動(dòng)閥值是12V，欠電壓關(guān)閉門限電平為7.5V。

iW3610采用數(shù)字控制技術(shù)，具有包括：斬波電路，其作用是提高功率因數(shù)，為調(diào)光器提供動(dòng)態(tài)阻抗;隔離反激式電路拓?fù)?，提供低成本解決方案，允許利用傳統(tǒng)白熾燈調(diào)光器對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光。iW3610能夠?qū)ι险{(diào)光器類型進(jìn)仃檢測(cè)和對(duì)相位進(jìn)行測(cè)量。iW3610在谷值模式開關(guān)，在無調(diào)光器時(shí)的效率可達(dá)85%。iW3610采用初級(jí)側(cè)反饋恒流控制技術(shù)，獲得容差±5%的LED電流調(diào)節(jié)。

2 基于iW3610的可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)電源

采用iW3610的可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)電源電路如圖3所示。適當(dāng)選擇電路中元件，輸出功率可達(dá)45W。

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2.1 電路組成

圖3所示的電路主要由以卜四個(gè)部分組成。

一是輸入EMI濾波器。L1、L2和C1組成EMI濾波器電路，R1和R2用來阻尼LC諧振振蕩。

二是橋式鎮(zhèn)流器。BR1為全橋橋式整流器。

三是斬波電路。VD1～VD3、C2和C4、L3、VT2、R6和R7組成斬波電路，用作為調(diào)光器提供動(dòng)態(tài)阻抗。

四是反激式變換器。U1、VT1、變換器T1等構(gòu)成反激式轉(zhuǎn)換器。T1初級(jí)繞組上的R8、C5和VD4，組成RCD型初級(jí)鉗位電容。T1次級(jí)側(cè)上的VD6和C7組成輸出整流濾波電路，R14為預(yù)負(fù)載，T1輔助(或偏置)繞組、VD5和C6組成U1引腳VCC上的偏置電源。輔助繞組同時(shí)提供輸出反饋，消除了次級(jí)側(cè)上的感測(cè)與光電耦合反饋電路。

調(diào)光器串接在AC線路輸入相線L上。U1能夠檢測(cè)調(diào)光器類型(如前沿調(diào)光器、后沿調(diào)光器等)，并檢測(cè)調(diào)光器相位。當(dāng)U1檢測(cè)到調(diào)光器不存在時(shí)，電路照樣可以操作，而且具有高功率因數(shù)。

2.2 電路工作原理

(1) 電路啟動(dòng)

接通AC電源后，整流后的DC高壓經(jīng)電阻R3、R4和U1內(nèi)部連接在引腳VIN和引腳VCC之間的二級(jí)管對(duì)電容C6充電。只要U1引腳VCC上的電壓超過12V的閥值，U1中的控制邏輯使能，U1進(jìn)入正常操作模式。在開始時(shí)的前3個(gè)AC半周期期間，U1引腳OUTPUT(TR)保持高電平，VT2導(dǎo)通。在調(diào)光器類型和AC線路周期被檢測(cè)后，恒流電路使能，輸出電壓開始上升。當(dāng)輸出電壓高于LED串上的總正向電壓時(shí)，U1開始在恒流模式操作。

在U1啟動(dòng)后，U1引腳VCC則由偏置電源供電。

(2) 調(diào)光器檢測(cè)與相位測(cè)量

調(diào)光器檢測(cè)與調(diào)光器相位測(cè)量通過電阻R3、R4和U1引腳VIN內(nèi)部電路來實(shí)現(xiàn)。

調(diào)光器檢測(cè)分兩步：第一步是確定調(diào)光器是否存存：第二步是在檢測(cè)到調(diào)光器存在的情況下確定調(diào)光器的類型(是前沿調(diào)光器還是后沿調(diào)光器)。調(diào)光器檢測(cè)發(fā)生在系統(tǒng)啟動(dòng)后的第三個(gè)周期。當(dāng)U1引腳③上的電壓VIN <0.1V的時(shí)間不超過600us時(shí)，U1則確定調(diào)光器未接入，U1將調(diào)光器類型設(shè)置在"無調(diào)光器"。如果VIN<0.1V的時(shí)間超過600us，U1則確定調(diào)光器的存在。如果調(diào)光器存在，U1將探測(cè)調(diào)光器類型。在調(diào)光器檢測(cè)期間，U1引腳①輸出高電平，斬波電路中的MOSFET(VT2)導(dǎo)通，從而為調(diào)光器產(chǎn)生一個(gè)純電阻性負(fù)載。

在發(fā)現(xiàn)調(diào)光器出現(xiàn)的第二個(gè)周期中檢測(cè)VIN周期并鎖定備用。當(dāng)VIN超過0.1V并計(jì)數(shù)輸入電壓采樣時(shí)，開始測(cè)量調(diào)光器相位。如果可控硅導(dǎo)通時(shí)間為ton，調(diào)光周期是t，調(diào)光器相位則為ton/t。調(diào)光器中可控硅的導(dǎo)通角越大，電源輸出功率也就越大，LED則越亮;反之，調(diào)光器導(dǎo)通角越小，LED亮度也就越暗。

(3) 斬波電路

斬波電路的作用是為調(diào)光器提供動(dòng)態(tài)阻抗，并為反激式轉(zhuǎn)換器建立能量。VD2在電路C4上的電壓Vc4低于輸入電壓時(shí)為充電C4提供通路，當(dāng)TRIAC的觸發(fā)時(shí)可以減少浪涌電流。在斬波周期期間，當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)，L3導(dǎo)通時(shí)，L3存儲(chǔ)能量;當(dāng)VT2關(guān)斷時(shí)，L3釋放能量，使VD3導(dǎo)通。

L3、VT2、VD3和C4等組成的電路與常規(guī)功率因數(shù)校正(PFC)升壓變換器類似。在不接入調(diào)光器時(shí)，通過L3的平均電流與輸入AC電壓同相位，因此產(chǎn)生高于0.9的功率因數(shù)。

圖4為斬波電路相關(guān)波形。

(4) 初級(jí)側(cè)反饋與恒定LED電流操作

iW3610采用初級(jí)側(cè)反饋，無需次級(jí)側(cè)感測(cè)和光耦合器。T1輔助繞組(匝數(shù)為NAUX)上的電壓VAUX是輸出電壓發(fā)射的結(jié)果。VD6上的正向壓降僅約0.5V，若忽略這個(gè)正向壓降，當(dāng)T1次級(jí)繞組匝數(shù)為Ns時(shí)，輔助繞組上的電壓則為VAUX=Uo×(NAUX/NS)。T1輔助繞組上的電壓經(jīng)R9和R10饋送到U1引腳VSENSE，經(jīng)內(nèi)部恒流控制電路將輸出電流調(diào)節(jié)到一個(gè)恒定電平上，而不管輸出電壓與否。

初級(jí)側(cè)電流通過VT1源極電阻R13檢測(cè)，以執(zhí)行峰值電流限制(PCL)和過電流保護(hù)(OCP)。

(5) 谷值模式開關(guān)

在恒流輸出操作期間，U1采用谷值模式開關(guān)，即VT1在漏一源極諧振電壓最低點(diǎn)上開關(guān)，因此具有最小的開關(guān)損耗和EMI。

(6) LED溫度漂移補(bǔ)償

U1引腳VT外部連接一個(gè)NTC熱敏電阻RNTC，為LED提供溫度漂移補(bǔ)償。RNTC能夠感測(cè)到LED溫度。當(dāng)溫度較高時(shí)，U1可使LED變暗。如果LED溫度達(dá)到限制閥值，U1將關(guān)斷。

3 結(jié)束語

iW3610是一種采用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)的反激式電源控制器?；趇W3610的可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器，能夠檢測(cè)調(diào)光器的存在、調(diào)光器類型并測(cè)量調(diào)光器相位，無閃爍調(diào)光范圍達(dá)2%～100%。iW3610采用初級(jí)側(cè)感測(cè)技術(shù)，無需次級(jí)反饋電路和環(huán)路補(bǔ)償元件，并通過脈沖接脈沖的波形分析來實(shí)現(xiàn)LED恒流調(diào)節(jié)。iW3610在準(zhǔn)諧振模式的操作，在無調(diào)光器時(shí)提供85%的效率。iW3610結(jié)合一個(gè)配合調(diào)光的斬波電路，再無調(diào)光器時(shí)的功率因數(shù)達(dá)0.9。iW3610全范圍的保護(hù)功能，使系統(tǒng)具有高可靠特性。