-LED燈的恒流驅(qū)動(dòng)芯片介紹

1、LED 燈的恒流驅(qū)動(dòng)芯片介紹（上）ED 簡(jiǎn)介二極管( LED 是一種固態(tài)光源，利用半導(dǎo)體中的電子和空穴相結(jié)合而發(fā)出光子，每種LED 所發(fā)出的顏色取決于光能量又因其制造材料而異。同一種材料的發(fā)光波長(zhǎng)很接近，因此每顆LED 的顏色都很純正，最常見(jiàn)的一般亮度的綠色。LED 晶粒尺寸小，顏色種類(lèi)多，使用時(shí)排列方式又有很大的靈活性，這是它比一般光源優(yōu)越的地方;另外比還具有較高的光效和更高的可靠性，供電的方法也比較簡(jiǎn)單。LED 特別適合用作顯示光源。例如，早期LED 主要應(yīng)用于各種儀表、室內(nèi)音響、電器面板，或用于資訊和狀態(tài)顯活動(dòng)字幕等。LED 亮度的逐漸增強(qiáng)，LED 也逐漸由室內(nèi)擴(kuò)展到戶外應(yīng)用，例如戶外廣

2、告、交通信號(hào)、夜景裝飾照明、道路照明仍限于上述的特殊照明，其缺點(diǎn)是光束較集中，每流明的成本較高，與一般的照明要求尚有一段距離。但世界各國(guó)都把這種固態(tài)光源看作最具有發(fā)展前景的照明光源，并為研發(fā)應(yīng)用于一般照明的白光LED 而投入大量的人力和物力應(yīng)用于普通照明，我國(guó)也為此制定了中長(zhǎng)期的研發(fā)規(guī)劃。般的半導(dǎo)體PN 結(jié)一樣，LED 的正向?qū)▔航惦S導(dǎo)通電流的變化并不大，一般為3. 5V 左右，正向壓降約有± 16所示( 資料來(lái)源為L(zhǎng)uxeon Star 的技術(shù)數(shù)據(jù)，表2 和圖1 也來(lái)自該公司的數(shù)據(jù) ，不同顏色的LED 的導(dǎo)通壓表1 LED 的電特性( 電流為350mA、結(jié)溫Tj = 25 時(shí) 表

3、2 LED 的光特性( 電流為350mA、結(jié)溫Tj = 25 時(shí) LED 的發(fā)光強(qiáng)度隨其發(fā)光顏色不同而有所差異，如表2 所列。其正向壓降VF 和光強(qiáng)則隨其電流變化而變化，如圖難看出，LED的照度隨其通過(guò)的電流增加而增加，電流大，光輸出及照度也大;但其壓降變化并不大。所以，LED 而且是恒流的，流經(jīng)管子的電流為定值，以保持穩(wěn)定的光輸出。作為L(zhǎng)ED 的驅(qū)動(dòng)芯片，要求其輸出具有恒流特供電。 圖1 LED 的正向壓降和照度隨電流的變化曲線解了LED 的特點(diǎn)和光電參數(shù)之后，我們有選擇地介紹一些恒流驅(qū)動(dòng)LED 芯片，本文擬介紹ST 公司的芯片Viper1公司的3 種芯片。這類(lèi)驅(qū)動(dòng)芯片就其工作原理來(lái)說(shuō)，大同

4、小異，只要弄清楚一種，其他的也不難理解。下面著重Viper12 /22A 芯片。恒流驅(qū)動(dòng)芯片之一:Viper12 /22A 芯片r12 /22A 芯片是一種開(kāi)關(guān)電源芯片，具有恒流輸出特性，主要用來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管( LED ，或做電池充電適配器的備用電源、馬達(dá)控制器的輔助電源等等。Viper12 /22A 的特點(diǎn)r12 /22A 是一種專用的電流模式PWM 控制器，其中含有一個(gè)高壓功率MOS 管，同控制器集成在同一塊硅片上，共有8 條引腳( 功能引腳僅為4 條。內(nèi)部的控制線路使芯片具有以下特點(diǎn):采用脈寬調(diào)制，脈寬調(diào)制的開(kāi)關(guān)頻率是固定的，為60kHz;DD 腳電壓范圍很寬，為9 38V，能夠適應(yīng)輔

5、助電源的變化，這一點(diǎn)特別適合于充電器的應(yīng)用( 在充電時(shí)，電池助電源電壓也隨之變化 ;在輕負(fù)載下(MOS 管漏極電流只有最大極限值IDlim 的12% 時(shí)，例如幾十毫安 電路進(jìn)入自動(dòng)突發(fā)模式(Automati，為適應(yīng)電路調(diào)整的要求，MOS 管開(kāi)通時(shí)間會(huì)變得很短，以致要丟失幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期才出現(xiàn)脈沖，故稱為突發(fā)模式則工作在打嗝模式(Hiccup mode ;采用電流模式控制的脈寬調(diào)制;DD 有欠電壓封鎖功能、且有回差;有過(guò)溫、過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)功能，并能自動(dòng)再啟動(dòng);驅(qū)動(dòng)能力:在輸入為195 265VAC 下，SO 8 封裝的IC 為8W，DIP 8 封裝的為13W;在輸入為85 265V裝的IC 為5W，

6、DIP 8 封裝的為8W。per12A 或Viper22A 驅(qū)動(dòng)LED 時(shí)，根據(jù)LED 的功率大小，所能驅(qū)動(dòng)的LED 數(shù)量如表3 所列。表3 Viper12A 和Viper22A 所能驅(qū)動(dòng)的LED 數(shù)量 每個(gè)管子的導(dǎo)通壓降3. 5V，Viper12A 和Viper22A 的輸出電壓根據(jù)所驅(qū)動(dòng)的LED 數(shù)量，可能從最低的3. 5VViper12 /22A 的方框圖r12 /22A 的方框圖如圖2 所示。Viper12 /22A 對(duì)外部的功能引腳為4 條:即VDD、SOURCE( 源極、DRAIN( 漏極 圖2 Viper12 /22A 的方框圖DD( 4 腳 : IC 控制線路的電源，在IC 內(nèi)

7、部，由一個(gè)有回差的比較器來(lái)監(jiān)控VDD 電壓。比較器有2 個(gè)閾值:n( 典型值為14. 5V ，在此電壓下器件開(kāi)始開(kāi)關(guān)振蕩，并關(guān)斷啟動(dòng)電流源;VDDoff( 典型值為8V ，在此電壓下并接通啟動(dòng)電流源。SOURCE ( 源極1、2 腳 : 功率MOS 管的源極，電路的接地點(diǎn)。RAIN( 漏極5、6、7、8 腳 :功率MOS 管的漏極，內(nèi)部的高壓電流源也連到此腳，在啟動(dòng)時(shí)，該電流源對(duì)VDDFB(3 腳 :反饋輸入，其電壓范圍為0 1V。反饋改變流入FB 腳的電流及電壓，來(lái)調(diào)整MOS 管的漏極電流及輸出電流。當(dāng)FB 腳電壓為0 時(shí)，漏極電流最大IDlim。用Viper12A 組成的LED 恒流驅(qū)動(dòng)器

8、電路per12A 組成的LED 恒流驅(qū)動(dòng)器電路如圖3 所示。電路的輸出電流為0. 35A，輸出電壓為13. 5 14V。 圖3 Viper12A 恒流驅(qū)動(dòng)LED 的電路. 1 電路的工作分析各部分的功能如下:電壓經(jīng)過(guò)防浪涌電流的電阻R1后，由整流橋整流，電容C1濾波，作為Viper12A 的MOS 管的漏極直流電源，降壓MOS 管的交流負(fù)載，變壓器降壓副邊繞組的電壓，通過(guò)二極管VD3整流，C7濾波，輸出直流電壓，加到端子1。LED 的電流由IC Viper12A 控制器控制，保持為恒定值。器的輔助繞組經(jīng)VD2整流、C4濾波為IC 提供電源VDD。足電磁兼容( EMC 要求，采用的濾波電路由共模

9、電感L1及電容C1、C2構(gòu)成;電阻R2及電容C3是變壓器原邊的緩沖 ，用以消除變壓器原邊繞組在開(kāi)關(guān)過(guò)程中出現(xiàn)的過(guò)電壓，以保護(hù)MOS 管。電容C5也是EMC 濾波電容，接在輸以減少對(duì)外電路的電磁干擾。電流的恒流過(guò)程如下:的電流由電阻R6檢測(cè)，經(jīng)R10加到雙運(yùn)放TMS103 中一個(gè)運(yùn)放的反相端V2 ，其同相端V2 +則由基準(zhǔn)電壓VREF LED 的輸出電壓則由電阻R15、R16分壓加到TMS103 的另一個(gè)運(yùn)放的反相端V1 ，其同相端V1 +則直接由基準(zhǔn)個(gè)運(yùn)放的輸出相“或”后，加到光耦器件H11A817A 的發(fā)光二極管的下端，作為反饋輸入，由它控制光耦器件的電Viper12 /22A的FB 端的電

10、流，借以調(diào)整IC 的輸出脈沖寬度，改變MOS 管的漏極電流，從而使Viper12A 的驅(qū)動(dòng)。有關(guān)反饋腳FB 如何控制器件的工作，我們下面將專門(mén)加以介紹。. 2 FB 腳對(duì)功率MOS 管漏極電流的恒流控制作用通受輸入電壓控制的PWM 不同，F(xiàn)B 是受輸入電流控制的，如圖4 所示的那樣。圖4 是圖3 的一部分，圖中還畫(huà)出了關(guān)部分，以便于說(shuō)明FB 腳的控制作用。管流出的監(jiān)測(cè)電流IS，其大小與MOS 管的主電流ID 成正比。電流IS 與由FB 腳送來(lái)的反饋電流IFB 相疊加，制下流過(guò)變壓器原邊的電流是一個(gè)線性上升的電流，所以IS 也是一個(gè)線性上升的電流，當(dāng)上升到其峰值，且在產(chǎn)生的電壓和比較器的基準(zhǔn)電壓

11、0. 23V相等時(shí)，MOS 管關(guān)斷，電流不再增加。此時(shí)有： ： MOS 管的漏極電流峰值IDP 與IS 成正比，而IS 又受IFB控制，所以漏極電流峰值： 表明:IS受IFB 控制，IFB越大，則IS 越小，MOS 管的漏極電流峰值IDP 亦越小;反之亦然。B = 0 時(shí)，電流自FB 腳流出，IFB = 0. 23V /R1，MOS 管的漏極電流峰值IDP最大，其最大極限值： 圖4 FB 腳的電流控制示意圖際應(yīng)用中，F(xiàn)B 腳是連到光耦器件的，如圖4所示，不可能短路到地，漏極電流達(dá)不到式(3 所表示的最大值。啟動(dòng)或短路 ，電容C6上的電壓將非常接近于0V。此時(shí)，漏極電流峰值IDP 接近其最大極限

12、值IDlim。上述VFB、進(jìn)而控制MOS 管的最大漏極電流峰值的圖解示于圖5 中。由圖5 可知，IFB愈大，則IDP 愈小;反之，。當(dāng)IFB 為負(fù)值且VFB 為0 時(shí)，漏極電流峰值IDP 為最大，并以IDlim 表示之。輸出端由于某種原因使LED 的電流減少，則送到雙運(yùn)放TSM103 的一個(gè)運(yùn)放的反相端V2 的輸入電壓降低，運(yùn)放耦器件的發(fā)光二極管下端電位提高，使流過(guò)光耦器件的電流減少，進(jìn)而使IFB 電流減小，通過(guò)FB 腳的控制作用，流峰值IDP 增加，結(jié)果流過(guò)LED 的電流上升，進(jìn)而保持其電流為恒定的。反之，如LED 的電流由于某種原因有所腳的控制作用，外接MOS 管的漏極電流峰值IDP 減少

13、，也能使流過(guò)LED 的電流保持恒定。 圖 5 FB 腳電流 IFB 對(duì) MOS 管漏極電流峰值 IDP 的控制 改變圖 3 中 LED 的檢測(cè)電阻 R6 的阻值， 例如減少為其原來(lái)的一半， R6 = 0. 25， Viper12A 恒流值可以提高為 即 則 阻值減少為原來(lái)的 1 /3，即 R6 = 0. 167，則 Viper12A 恒流值可以提高為 1. 05A。以上 2 種情況分別可以用來(lái)驅(qū)動(dòng) 5W( Io = 1. 05A 的 LED。 3. 3 電路中變壓器的設(shè)計(jì) 流輸出的電源中，變壓器的設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的。因?yàn)?IC 器件可能驅(qū)動(dòng) 1 4 個(gè) LED，輸出電壓可能在 3. 5 14V 電

14、壓反射到原邊， 從而改變控制電路 IC 的電源電壓 VDD 以及 MOS 管的漏源電壓 Vds。 在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)必須考慮到以 VDD 在低電壓時(shí)為 9V，在過(guò)電壓時(shí)，最多為 38V;(2 Viper12A 的功率為 8W;Viper22A 的功率為 12W;(3 反射到 等于(NP /NS Vo，加上輸入直流電壓后，必須低于 730V。 器的原邊與副邊的匝比應(yīng)根據(jù)外接 LED 數(shù)目為最大時(shí)設(shè)計(jì)，當(dāng)外接 LED 減少時(shí)，變壓器的反射電壓亦隨之減少 設(shè)計(jì)，則當(dāng) LED 增加為 4 個(gè)時(shí)，變壓器的反射電壓將增加 4 倍，就有可能超過(guò) Viper 耐壓的額定值。副邊繞組與 比則應(yīng)根據(jù) 1 個(gè) LED

15、時(shí)、VDD 的最低電壓為 9V 來(lái)設(shè)計(jì)。當(dāng) LED 增加為 4 個(gè)時(shí)，VDD 亦將按比例增加。根據(jù)以上原 參數(shù)如下: 電感為 3. 25mH，± 10% ;原邊漏電感的典型值為 39. 9H;原邊繞組與副邊繞組之比為 1 0. 117(180 圈 VDD 繞組之比為 1 0. 283(180 圈 51 圈。 iper12A /22A 導(dǎo)通時(shí)，變壓器的原邊繞組儲(chǔ)存磁能;而當(dāng) Viper12A /22A 截止時(shí)，能量將轉(zhuǎn)移到副邊繞組和 VDD /22A 提供偏壓，并為驅(qū)動(dòng) LED 燈提供能量。 電路的缺點(diǎn)是:電路比較復(fù)雜，需要另加光耦和運(yùn)放，成本也較高。優(yōu)點(diǎn)是不用外接 MOS 管，占面積

16、小。 用 Viper22A 組成的 LED 恒流驅(qū)動(dòng)器電路 r22A 的功率稍大，其驅(qū)動(dòng) LED 的電路與圖 3 相似，如圖 6 所示。這里對(duì)電路的工作亦不再過(guò)多說(shuō)明(在變壓器原 穩(wěn)壓二極管是為了限制在開(kāi)關(guān)過(guò)程中出現(xiàn)的反峰電壓 ，讀者參照?qǐng)D 3，不難了解每個(gè)元件的作用。 用 Viper22A 組成的非隔離型 LED 驅(qū)動(dòng)電路 LED 供電電路，其輸入的中線和輸出的地線并沒(méi)有接在一起，它們是不共地的，通常叫作隔離型電源( Isolated LED 也可以采用輸入、輸出共地的非隔離電源( Nonisolated powersupply 供電。其形式如圖 7 所示。在這個(gè)電 經(jīng)半波整流、EMI 濾波電路將直流電壓加到 Viper22A 的 DRAIN 腳，而由其源極輸出經(jīng) L2、C6 濾波后的直流電壓為 輸出電壓還經(jīng)二極管 VD3 加到 VDD 端為 IC 供電。電路中輸入電壓的中線和輸出地接在一起，所以它是一種非隔 電壓降壓后直接輸出去驅(qū)動(dòng) LED 管，故又稱為降壓型電路。此電路比較簡(jiǎn)單，成本較低。 改變一下元件參數(shù)，可以得到不同的輸出電壓和電流。它適用于驅(qū)動(dòng)小型的 LED 顯示器、繼電器、AC 開(kāi)關(guān)等。 圖 6 用 Viper22A 組成的恒流 LED 驅(qū)動(dòng)器電路 圖 7 輸出為 12V、350mA 的非隔離型電路 r22A 的輸出為 12V、350mA 或 16V、