LED驱动控制电路HVLED805与应用

2011-07-26路秋生

灯与照明 2011年4期

关键词：原理图布线工作效率

路秋生

(北京信息职业技术学院，北京100050)

1 HVLED805的主要技术特性

(1)800 V耐压的功率MOSFET管;

(2)初级侧电流控制的恒流精度为5%;

(3)无需采用光电耦合器;

(4)准谐振零电压开关(QR)工作模式;

(5)内含高电压启动电路;

(6)LED串开路或短路保护;

(7)自动供电;

(8)和交流输入市电供电电压无关的输入电压前馈恒流控制。

2 HVLED805的特点

HVLED805是采用高压初级侧控制技术的LED驱动集成电路，可以直接由交流220 V市电整流输出的直流电供电，具有使用外围元器件少、工作效率高、结构紧凑和造价低的优点。HVLED805内含高性能的低压PWM控制器和耐压800 V抗干扰性能强的MOSFET功率开关管。HVLED805工作于电流型PWM的控制方式，主要用于ZVS反激变换LED驱动器的应用场合。HVLED805采用变压器初级侧反馈控制技术(PSR)完成输出恒电流控制，这样可以在不降低LED负载恒流精度的条件下省掉光电耦合器、次级基准电压和次级检测电路，并且在一只或多只LED负载短路的情况下确保电路可靠工作。同时HVLED850还可以提供恒电压输出(CV)控制特性，这样当LED负载串由于故障原因而开路时确保电路安全，不至于损坏驱动电路。

HVLED805通过变压器去磁检测输入来触发功率MOSFET开关管的导通来实现准谐振(QR)工作方式，这个变压器去磁检测信号也用作输出电压检测电路的输入控制信号，用来实现输出电压恒电压控制，并且也用作输入电压检测器的输入信号，来实现和交流输入市电供电电压无关的恒流控制功能(交流输入市电供电电压的前馈)。

HVLED805的最高开关工作频率被设定为不高于166 kHz，在中等负载或轻负载的工作条件下自动地降低电路开关工作频率，确保电路维持在ZVS工作条件，保持电路的高工作效率。在非常轻负载的工作条件下，HVLED805进入突发工作模式，利用内含的高电压启动电路自动降低电路的工作电流，降低电路的功耗。通过变压器辅助绕组的取样完成CV/CC控制。由于HVLED805是通过交流输入市电整流输出的直流电压直接供电，这对电路的CC控制是非常有用的。

同时，HVLED805的一些辅助控制功能也进一步优化了电路的工作，提高了电路工作的安全性和可靠性。例如，利用HVLED805内部的辅助绕组断开、交流输入市电电压过低、变压器次级绕组短路和变压器磁饱和等故障检测，HVLED805都可以提供很好的保护，并且在电路故障消除后电路可以自动进入再启动工作模式。

HVLED805的外形封装图如图 1所示，HVLED805的引脚图如图2所示，需注意的是在使用过程中用于散热的PCB板敷铜皮部分应在HVLED805的引脚DRAIN下方，以便于集成电路的散热。HVLED805的电路工作原理框图如图3所示，HVLED805的引脚功能如表1所示。

图1 HVLED805的外形封装图

图2 HVLED805的引脚图

图3 电路工作原理框图

表1 HVLED805的引脚功能

续表

3 HVLED805的主要应用场合

(1)AC/DC的LED驱动应用;

(2)LED改型灯(例如:E27，GU10灯)的应用场合。

4 功率输出电路和功率输出级的栅级驱动

HVLED805的功率开关输出电路加有放静电保护，并且工作速率高(dv/dt)，功率MOSFET开关管的最低V(BR)DSS值为800 V，典型RDSon值为11 Ω。

在功率MOSFET管的开关过程中，功率MOSFET开关管的栅极驱动电流为可控，以降低功率MOSFET开关管的开关损耗和降低电路的共模EMI。

在欠电压锁定输出工作模式(UVLO)下，HVLED805内的下拉电路使栅极驱动输出为低电平，确保功率MOSFET开关管不被误触发导通。

5 恒电压工作(CV)

HVLED850通过变压器初级侧控制(PSR)来实现输出电压的检测，图4给出了恒电压工作模式的工作原理图。

6 恒电流工作模式

图5表示反激变换器平均输出电流控制的工作原理。辅助绕组的输出电压用于去磁电路MOSFET开关管 Q1的控制信号，串联电阻 R用于限电流(VC/R)(见图4)。

有关电流波形如图6所示。一旦在变压器的次级侧有电流输出，双稳态电路输出高电位。在选用电容C的参数时应确保在电容C上的电压为恒定值。由于电容C的充放电电流在开关工作频率范围内为10 μA 级的量级(ICLED的典型值为 20 μA)，这样电容C的取值范围在开关频率为数十kHz的情况下取4.7～10 nF。

图4 恒电压工作模式的工作原理图

图5 电流控制原理工作框图

图6 恒流工作:开关周期波形

变压器初级侧的峰值电流可以利用公式(1)表示。

平均输出电流利用公式(2)表示。

式(2)表示平均输出电流和输入电压或输出电压无关，并且和变压器的电感量无关，但与平均输出电流有关的量是变压器的匝数比和电流检测电阻RSENSE的参数。

7 PCB电路板的布局

对任何开关电源而言合理的PCB布线是确保开关电源可靠工作的重要因素，对HVLED805的合理应用而言也是类似的。合理的原器件布局、正确的PCB布线、合理的PCB线宽、足够的绝缘距离等因素在实用中都需引起注意，有关布线的考虑如图7所示。具体布线时需注意以下问题。

(1)补偿网络元器件的布线应尽可能地靠近HVLED805的补偿引脚，接地线应尽可能地短;

(2)信号地和功率地应分开，并应和检测电阻的引线分开。

图7 布线的有关考虑

8 4.2 W离线式LED驱动电路板EVAL HVLED805

4.2 W离线式LED驱动电路板演示板EVAL HVLED805是采用初级侧控制的LED驱动电路板。

(1)演示板技术特点

1)输入电压范围(VIN):185～265VAC;

2)交流输入市电供电频率范围(fL):50～60 Hz;

3)最大(额定)输出功率:4.2 W;

4)输出电流:IOUT=350(1±5%)mA;

①过电压=12 Vmax;

②电流纹波＜10%IOUT;

5)正常工作模式下的最低开关工作频率:70 kHz;

6)平均工作效率:(1～3 LEDs)＞70%;

7)空载最大输入功率＜100 mW。

EVAL HVLED805演示板的实物图如图8示。

(2)EVAL HVLED805演示板的特点

EVAL HVLED805演示板采用ST新近推出的变压器初级侧控制(PSR)的LED驱动控制PWM集成电路HVLED805，交流输入市电供电电压范围为185～265 VAC，具有很好的恒电流控制精度，对1～3颗LED串联应用场合可输出350 mA的工作电流。由于采用HVLED805所构成的电路工作于准谐振(QR)反激变换工作模式，所以电路的导通损耗和EMI都可以做得较低。