華潤(rùn)矽威適于3~7W LED燈具的率、高離線式驅(qū)動(dòng)方案

    簡(jiǎn)介:華潤(rùn)矽威代和第二代原邊反饋離線式3-7W LED驅(qū)動(dòng)方案PT4203/04和PT4213/15及其3W LED燈杯的典型應(yīng)用電路，并給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形?；赑T4213/15的3-7W的LED驅(qū)動(dòng)器以其寬電壓輸入范圍內(nèi)，單片&plun;1%恒流和80%轉(zhuǎn)換效率將成為L(zhǎng)ED燈具廠商的理想解決方案。

    在的大趨勢(shì)下，LED照明由于具有高光效、高、長(zhǎng)壽命、高性等優(yōu)點(diǎn)而廣受關(guān)注。許多已相關(guān)政策推進(jìn)LED照明應(yīng)用，例如，2011年，澳大利亞禁止使用白熾燈；歐盟各國(guó)、加拿大、日本等國(guó)將在2012年禁止使用白熾燈；中國(guó)在2011年將公布淘汰白熾燈的路線圖。在自身優(yōu)勢(shì)和利好政策的雙重驅(qū)動(dòng)下，LED燈具市場(chǎng)快速成長(zhǎng)。目前，白熾燈的光效約為13 lm/W，普通40W白熾燈的光通量大約為500 lm。而現(xiàn)在已經(jīng)商用的大功率LED的光效在50-150 lm/W，功率為5W的LED燈具的光通量約為500 lm。所以3-7W的LED燈具適用于取代40-60W的白熾燈。

    依據(jù)大功率LED的V-I特性，3-7W的LED燈具需要恒定的驅(qū)動(dòng)電流來(lái)得到恒定的光通量。LED驅(qū)動(dòng)器成為L(zhǎng)ED燈具的備件。在光學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械工程、電力電子這四個(gè)領(lǐng)域，各廠商在LED燈具行業(yè)形成很清晰的產(chǎn)業(yè)分工。這給傳統(tǒng)的線性電源和開(kāi)關(guān)電源廠商帶來(lái)了轉(zhuǎn)型升級(jí)的商業(yè)機(jī)遇。傳統(tǒng)的線性電源和開(kāi)關(guān)電源廠商開(kāi)始轉(zhuǎn)戰(zhàn)LED驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)。LED燈具的系統(tǒng)工程師為了增加LED散熱的表面積，在傳統(tǒng)的GU10、PAR20的燈具外形表面開(kāi)槽，并且槽的深度向本體下陷，給LED驅(qū)動(dòng)器留下一個(gè)狹小的空間。這給電力電子工程師帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，他們需要在面積為10*16 mm2 PCB中應(yīng)對(duì)90-264Vac寬電壓輸入范圍、LED恒流、原副邊電氣隔離并滿足EMI等多方面的挑戰(zhàn)。微橋.

代驅(qū)動(dòng)方案

    華潤(rùn)矽威在2010年推出了代原邊反饋離線式3-7W LED驅(qū)動(dòng)方案PT4203和PT4204。PT4203是原邊反饋恒流控制器，適用于7W以下的LED球泡燈或PAR燈。 PT4204是內(nèi)置MOSFET原邊反饋恒流的穩(wěn)流器，適用于3W的LED燈杯。PT4203/04采用原邊反饋控制LED恒流，取消了傳統(tǒng)的二次側(cè)的電流反饋環(huán)中的器件如偵測(cè)電流的電阻，TL431和光耦。PT4203/04還采用了主MOSFET源驅(qū)動(dòng)的架構(gòu)，這樣芯片的供電與變壓器的輔助繞組無(wú)關(guān)。這樣簡(jiǎn)化了芯片的供電和變壓器的設(shè)計(jì)，并可以驅(qū)動(dòng)串聯(lián)不同LED數(shù)目的燈串。圖1為采用PT4204的典型應(yīng)用電路。適用用于3W LED燈杯。PT4204的外圍件的個(gè)數(shù)為16個(gè)(微橋)，為業(yè)界簡(jiǎn)化的方案。在90-264Vac全電壓輸入范圍，單片的電流為&plun;3%。采用EE10壓器，效率為72.5%。

    PT4203/04在2010年推出后，給電力電子工程師在狹小的空間設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器帶來(lái)了便利性。PT4203/04在業(yè)界被廣泛的采用。雖然PT4203/4204單片電流可&plun;3%，但因?yàn)槟MIC的工藝相對(duì)數(shù)字IC工藝的標(biāo)準(zhǔn)化的程度要差一些。PT4203/PT4204在客戶端大批量生產(chǎn)時(shí)，不同的芯片之間的電流在&plun;10%。LED廠商普遍認(rèn)為，光通量與LED的正向電流成正比，利用相同的電流驅(qū)動(dòng)LED，那么每個(gè)LED會(huì)產(chǎn)生相同的光通量。其實(shí)，這個(gè)結(jié)論不正確。因?yàn)楣庠碙ED的一致性也是關(guān)鍵點(diǎn)。比如，經(jīng)過(guò)分檔后的LED光通量的誤差還有3.5%。輸出的光通量流明和光照度勒克斯才是LED燈具的重點(diǎn)。不過(guò)，電流的測(cè)量很容易實(shí)現(xiàn)，而光的測(cè)量則需要昂貴的儀器。所以LED燈具廠商需要更高的LED電流。

第二代驅(qū)動(dòng)方案

    2011年9月，華潤(rùn)矽威推出了單片電流為&plun;1%第二代原邊反饋離線式3-7W LED驅(qū)動(dòng)方案PT4213和PT4215。在大批量生產(chǎn)時(shí)，PT4213/15的電流的可達(dá)&plun;3%。同時(shí)，為了效率，PT4213/15刪去了控制主MOSFET源的內(nèi)部低壓MOSFET,改為主MOSFET的柵驅(qū)動(dòng)。芯片的供電也從主MOSFET的源改為從主變壓器的輔助繞組。PT4213是原邊反饋恒流控制器，適用于7W以下的LED球泡燈或PAR燈；PT4215是內(nèi)置MOSFET原邊反饋恒流的穩(wěn)流器，適用于3W的LED燈杯。

    采用PT4215的3W LED燈杯的典型應(yīng)用電路。驅(qū)動(dòng)電路采用反激架構(gòu)，工作在DCM模式。采用無(wú)光藕設(shè)計(jì)，方案簡(jiǎn)潔，成本低廉。驅(qū)動(dòng)電路能夠接受85VAC~265VAC輸入范圍，輸出電流300mA，驅(qū)動(dòng)3顆1W LED串聯(lián)的燈串。

    PT4215采用脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制方式，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)LED的恒流輸出。IC通過(guò)CS管腳設(shè)定變壓器初級(jí)側(cè)峰值電流，通過(guò)FB腳檢測(cè)輸出電壓，根據(jù)輸出電壓的大小產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)恒定電流輸出。輸出電流大小可表示為：

其中，Nps為變壓次初級(jí)與次級(jí)繞組比例，R5為采樣電阻大小，η為轉(zhuǎn)換效率。

    圖是實(shí)測(cè)效率及調(diào)整率曲線圖；110Vac輸入條件下，效率過(guò)80%；在100-240Vac的輸入電壓范圍，LED電流的變化只有1mA。圖4是220Vac輸入條件下，驅(qū)動(dòng)器的傳導(dǎo)EMI波形，該驅(qū)動(dòng)器只采用了∏型濾波網(wǎng)絡(luò)，初次級(jí)間未加Y安規(guī)電容，EMI輕松通過(guò)EN55015B測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。圖5是Demo板Layout圖，變壓器初次級(jí)間距離過(guò)5mm，可通過(guò)3750V耐高壓測(cè)試。

PT4215效率及調(diào)整率特性曲線

PT4215 3WEMI@220Vac

PT4215 Demo板頂層和底層

基于PT4213/15的3-7W的LED驅(qū)動(dòng)器以其寬電壓輸入范圍內(nèi)，單片&plun;1%恒流和80%轉(zhuǎn)換效率將成為L(zhǎng)ED燈具廠商的理想解決方案。