近年來，LED的品種不斷增加，性能逐年提高，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。在大屏幕LCD的背光照明、汽車內(nèi)外照明、公共場所照明、建筑的內(nèi)外裝飾燈照明、城市景點的亮麗工程等方面獲得了很大的發(fā)展。為了達(dá)到更大的亮度及更好的可靠性，1～3W大功率LED逐步被采用。

　　LED的推廣應(yīng)用促使LED驅(qū)動器相應(yīng)地發(fā)展。在城市中采用市電(220V交流電)來驅(qū)動大功率LED是最方便的。Supertex公司在2005年首先推出HV9921/22/23系列，可用市電來驅(qū)動小功率LED(驅(qū)動電流為20～50mA)。隨著LED的功率增加，Supertex公司又開發(fā)出用市電供電，能輸出1A恒流驅(qū)動電流的LED驅(qū)動控制器HV9910，并在2007年推出了HV9910的改進(jìn)型，型號為HV9910B(HV9910已停產(chǎn))。它增加了功能及提高了性能，這對大功率LED的推廣應(yīng)用起了良好作用。本文將介紹HV9910B及其應(yīng)用。

　　特點及應(yīng)用領(lǐng)域

　　HV9910B是一種通用LED驅(qū)動控制器。它的通用性是最大的特點，體現(xiàn)如下。

　　● 它可以用國際通用的市電(85～265VAC)供電，也可以用12～24VDC(或48VDC)蓄電池或太陽能電池供電;

　　● 輸入的直流電壓范圍極寬，為8～450V;

　　● 輸出的恒流驅(qū)動電流范圍極寬，從幾十mA到1A以上，既能驅(qū)動小功率LED，也能驅(qū)動大功率LED;

　　● 它可以方便地組成降壓式、升/降壓式架構(gòu)，以滿足不同供電電壓的需求;

　　● 它可以驅(qū)動1個LED到上百個LED;

　　● 輸出功率從幾W到幾十W。

　　除了上述通用性特點外，該驅(qū)動控制器還有如下特點。

　　● 轉(zhuǎn)換效率高，可達(dá)85%～90%;

　　● 組成的驅(qū)動器電路簡單，外圍元器件少，不僅占PCB面積小，并且生產(chǎn)成本低;

　　● 內(nèi)部有能輸入450VDC高壓、輸出7.5V的線性穩(wěn)壓器。無須外接降壓電阻，使電路更簡單，并可輸出作模擬調(diào)光電路的電流;

　　● 有兩種工作模式：恒定頻率模式及恒定關(guān)斷時間(off-time)模式;

　　● 開關(guān)頻率由用戶設(shè)定(外接一個設(shè)定頻率的電阻RT);

　　● 有兩種調(diào)光方式：模擬調(diào)光方式和PWM調(diào)光方式;

　　● 輸出驅(qū)動電流大小用一個外設(shè)電阻RCS設(shè)定。

　　該LED驅(qū)動控制器組成的驅(qū)動電路除主要應(yīng)用于市電供電驅(qū)動多個串聯(lián)的大功率LED燈外，同樣也適用于用蓄電池供電的汽車內(nèi)外照明及標(biāo)志燈(轉(zhuǎn)彎、叉車、倒車)或太陽能電池供電的場合(航標(biāo)燈、路燈等)。

　　除了用于照明外，該LED驅(qū)動器還可用作通用恒流漂及電池充電器方面的應(yīng)用。

　　封裝與引腳功能

　　HV9910B有8引腳及16引腳兩種，8引腳的有DIP及SOIC封裝，16引腳的只有SOIC封裝，其引腳排列如圖1所示，各引腳功能如表1所示。16引腳中注NC的引腳為空腳。

　　SOIC-8DIPSOIC-16符號功能

　　11VIN工作電壓輸入端8～450VDC

　　24CSILED檢測端，外接電流采樣電阻RCS到GND

　　35GND電源地，也是內(nèi)部電路的地

　　48GATE外接MOSFET開關(guān)的柵極

　　59PWMDPWM調(diào)光輸入端，也是使能端。此端加高電平時，GATE端輸出高電平，MOSFET導(dǎo)通;此端加低電平時，MOSFET關(guān)斷，無輸出

　　612VDD內(nèi)部7.5V穩(wěn)壓電源輸出端，此端接一個低ESR的電容到地(電容量2.2～4.7μF)，采用多層陶瓷電容(MLCC)

　　713LD模擬調(diào)光輸入端，輸入0～250mV調(diào)光電壓，調(diào)節(jié)LED亮度

　　814RT外接開關(guān)管工作頻率設(shè)定電阻RT。恒定頻率模式時，另一端接地;恒定關(guān)斷時間模式時，RT另一端接GATE

　　主要參數(shù)

　　HV9910B的主要參數(shù)：輸入直流電壓VIN=8～450V;關(guān)閉模式時(PWMD端加低電平)耗電0.5～1mA;內(nèi)部穩(wěn)壓電源輸出電壓VDD=7.5V0.25V;欠壓鎖存閾值電壓VUVLO=6.7V(典型值);PWMD的高電平電壓VEN(H)>2V、PWMD端的低電平電壓VEN(L)<0.8V;輸入低頻PWM信號，改變占空比可調(diào)光;電流檢測端(CS)的閾值電壓VCS(TS)=250mV;內(nèi)部消隱電路延遲時間TBLANK=215ns(典型值);振蕩器頻率fosc取(25～150)kHz;內(nèi)部MOSFET驅(qū)動電流為165mA;柵級輸出的上升、下降時間典型值為30ns。

　　兩種工作模式的選擇

　　HV9910B有恒定頻率模式及恒定關(guān)斷時間兩種模式，選擇何種模式取決于驅(qū)動器的輸出電壓VOUT(VLED)與輸入電壓VIN的比值。在降壓式架構(gòu)中，VIN總是大于VOUT，其比值即占空比D=VOUT/VIN。若D<0.5時，采用恒定頻率模式;若D>0.5時，則采用恒定關(guān)斷時間模式。如果在D>0.5時仍采用恒定頻率模式工作，驅(qū)動器將進(jìn)入次諧波振蕩狀態(tài)，將會引起輸出電流下降及紋波電流增加的不穩(wěn)定狀態(tài)。

　　采用恒定頻率模式如圖2所示，RT接在RT與GND之間;采用恒定關(guān)斷時間模式時，RT接在RT與GATE之間，如圖3所示。

　　恒定頻率模式的參數(shù)選擇及計算

　　一種市電220VAC供電按、恒定頻率模式工作的LED驅(qū)動電路如圖4所示，該電路不調(diào)光，LD端及PWMD端必須接VDD。有關(guān)參數(shù)及選擇及計算如下。

　　1全波整流橋(或整流二極管)的選擇

　　全波整流橋的耐壓VBRI及正向電流IBRI的計算公式為

　　VBRI=1.5(√2 VLINEmax) (1)

　　IBRI=VOmaxIOmax/VINminη (2)

　　式中，VLINEmax為最大市電電壓、VOmax為輸出最大電壓、IOmax為輸出最大電流、VINmin是輸入最小直流電壓、η為驅(qū)動器的轉(zhuǎn)換效率(η一般在0.85～0.9之間)。公式(1)中的1.5是安全系數(shù)。

　　例如，采用220V市電，有10%的允差，即VLINEmax= 242VAC，VLINEmix=198VAC，則VBRI=1.5(√2242)=513.2V。若VOmax=40V，IOmax=350mA，VINmin=√2 198V，η=0.85，則IBRI=40V0.35A/√2 1980.85=0.06A。因此可選600V/0.5A的全橋，或選44007二極管組成全波整流電路。

　　2 濾波電容C1的計算

　　全波整流后的電壓波形是饅頭波，需濾波電容C1作平滑濾波，C1的計算公式為

　　式中，freq是市電的頻率(freq=50Hz)。

　　若VOmax=40V，IOmax=0.35A，VLINEmix=198VAC，VINmin=198V，η=0.85，則帶入式(3)得，C1≥13.9μF。則可取10μF/400V的鋁電解電容器和4.7μF/400V的鋁電解電解并聯(lián)。如果要求驅(qū)動器體積小，則可用1個10μF/400V，其輸出紋波稍大些。

　　3 開關(guān)管頻率的選擇

　　開關(guān)管頻率fosc與電感器的大小有關(guān)，在220V市電供電時，fosc一般取25～150kHz。確定額定頻率的外接電阻RT與fosc關(guān)系為

　　fosc=25000/[RTkΩ+22](kHz) (4)

　　若fosc選100kHz，代入式(4)，RT=228kΩ。

　　4 檢測電流(IOmax)電阻RCS的計算

　　RCS與流過LED的電流IOmax(ILEDmax)的關(guān)系式為

　　RSC=0.25/(1.15IOmax)(Ω) (5)

　　例如，IOmax=0.35A，則代入式(5)，得RSC為0.62Ω。

　　5 電感器L1的計算

　　電感器的電感量取決于流過LED的紋波電流。若紋波電流占ILED的30%(15%)，L1的計算式為

　　式中，VLINEnom為輸入交流市電的額定值，即VLINEnom=220VAC。

　　若VOmax=40V、VLINEnom= 220VAC、IOmax=0.35A、fosc= 100kHz，則L1=3.31mH，可取3.3mH。

　　電感的峰值電流IP為

　　IP=IOmax1.15(A) (7)

　　則在IOmax=0.35A時，IP=0.35 1.15=0.4A。

　　在選擇3.3mH電感量時，其飽和電流應(yīng)大于IP1.3。即飽和電流應(yīng)大于0.4A1.3>1.52A。

　　6 選擇開關(guān)管Q1及續(xù)流二極管D1

　　開關(guān)管為N溝通功率MOSFET,其最大的耐壓VFET(VDSS)為

　　VFET=1.5(VLINEmax)(V) (8)

　　若VLINEmax=242V，則VFET為513V。

　　MOSFET最大的漏極電流IFET(ID)=IOmax(A) (9)

　　若IOmax=0.35A，則IFET為0.247A。但在選擇Q1時，其ID要選約為3倍的IFET，即選ID=1A的MOSFET。

　　為減小開關(guān)管Q1的損耗，應(yīng)選擇導(dǎo)通電阻RDS(ON)小(一般取RDS(ON)<1Ω)、柵極電容Qg小的MOSFET，可提高轉(zhuǎn)換效率并可減小散熱片的尺寸。

　　根據(jù)上述計算可選擇STD5NM50，其主要參數(shù)為：VDSS=500V、RDS(ON)<0.8Ω、ID=7.5A，Qg=13nC。

　　續(xù)流二極管D1的耐壓與VFET相同，其電流IDIODE為

　　IDIODE=0.5IOmax(A) (10)

　　可選擇600V/1A的快速恢復(fù)二極管，如STTH2R06。其主要參數(shù)：VRRM=600V、IR(AV)=2A、VF=1V、trr=35ns(典型值)。

　　恒定關(guān)斷時間模式的參數(shù)選擇

　　這里舉例說明恒定關(guān)斷時間模式的參數(shù)選擇及計算。輸入時直流電壓，其額定值是12V，允差為+4V、-3V，即VINnom=12V，VINmin=9V，VINmax=16V。負(fù)載為兩個串聯(lián)的1W白光LED，其VF=3.4，即VINmin=4.6V、Vonom=6.8V，Vomax=8V;Iomax= 350mA。期望的效率η=0.85。其電路如圖5所示。

　　1關(guān)斷時間tOFF的計算

　　關(guān)斷時間tOFF為

　　tOFF=(1-VOnom/VINnom)1000/foscnom(μs) (11)

　　式中，foscnom為開關(guān)管頻率的額定值。若foscnom設(shè)為100kHz，則tOFF=4.33μs。

　　2 RT的計算

　　RT的計算公式為

　　RT=(tOFF25)-22(kΩ) (12)

　　將tOFF代入式(12)得

　　RT=(4.3325)-22=86.25kΩ

　　3 電感L1的計算

　　設(shè)輸出電流中紋波的峰值為30% IOmax，則L1可按下式計算。

　　L1=(6.84.33)/(0.30.35) =280.4μH

　　可取標(biāo)準(zhǔn)值330μH的電感，其飽和電流取1.3倍IOmax以上，可取330μH/0.6A的電感。

　　4 電阻RCS的計算

　　RCS=0.25/(IOmax+VonomtOFF/2L1)(Ω) (14)

　　在本例中，代入已知數(shù)得RCS=0.63Ω。

　　5 開關(guān)管Q1及續(xù)流二極管D1的選擇

　　開關(guān)管Q1的耐壓VFET=1.5VINmax，其IFET=IOMAX。按已知條件代入得VFET=24V、IFET=0.33A。一般選MOSFET的ID>3IFET,VDSS取大于VFET的N-MOSFET,如FDS8447或FDCS5612。

　　續(xù)流二極管的耐壓與MOSFET相同，電流可取1A的肖特基二極管1N5819(40V/1A)。

　　在恒定管段時間工作模式中，開關(guān)管的工作頻率不是恒定的，隨VI、VO的變動而變動，所以設(shè)定的開關(guān)頻率foscnom是個恒定值。

　　結(jié)語

　　本文介紹的電路僅僅是個LED驅(qū)動電路，完善的電路應(yīng)有EMI濾波電路及功率因數(shù)校正電路。220V市電的應(yīng)用電路是個非隔離型LED驅(qū)動電路，在試驗、調(diào)試、測量時要注意安全，必須關(guān)斷電源(220VAC)后才能更換元器件，以防止觸電!