基于AC/DC數(shù)字電源控制器iW3610的可調(diào)光LED控制器
摘要:iW3610是一種高性能AC/DC離線電源控制器。該芯片采用先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)檢測調(diào)光器類型和相位,采用調(diào)光器導(dǎo)通相位控制LED亮度。iW3610利用初級側(cè)感測技術(shù)和準(zhǔn)諧振操作,并提供過電壓、過電流和過溫度等保護(hù)。
關(guān)鍵詞:iW3610;數(shù)字控制;可調(diào)光;LED驅(qū)動器
普通照明用LED驅(qū)動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LED進(jìn)行調(diào)光,這是因為白熾燈是一種純電阻性負(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
iW3610采用8引腳SOIC封裝,引腳配置如圖1所示。
iW3610芯片集成了啟動和輸入電壓檢測電路、反饋信號調(diào)節(jié)電路、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、調(diào)光器檢測與相位測量電路、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)動器以上主電源中MOSFET柵極驅(qū)動器等,如圖2所示。
iW3610各個引腳功能如下所述。
引腳1(OUTPUT(TR)):斬波電路MOSFFT開關(guān)柵極驅(qū)動輸出。
引腳2(VSENSE):變壓器輔助繞組感測信號輸入,用于次級邊電壓反饋以對輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。
引腳3(VIN):整流輸出電壓檢測信號輸入,用于調(diào)光器相位檢測、輸入欠電壓/過電壓保護(hù),在啟動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)連接一個電阻接地。
引腳5(GND):地引腳。
引腳6(TSENSE):初級電流感測輸入,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)動輸出。
引腳8(VCC):控制器電源,啟動閥值是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LED進(jìn)行調(diào)光。iW3610能夠?qū)ι险{(diào)光器類型進(jìn)仃檢測和對相位進(jìn)行測量。iW3610在谷值模式開關(guān),在無調(diào)光器時的效率可達(dá)85%。iW3610采用初級側(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)動電源
采用iW3610的可調(diào)光LED驅(qū)動電源電路如圖3所示。適當(dāng)選擇電路中元件,輸出功率可達(dá)45W。
2.1 電路組成
圖3所示的電路主要由以卜四個部分組成。
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初級繞組上的R8、C5和VD4,組成RCD型初級鉗位電容。T1次級側(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。輔助繞組同時提供輸出反饋,消除了次級側(cè)上的感測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能夠檢測調(diào)光器類型(如前沿調(diào)光器、后沿調(diào)光器等),并檢測調(diào)光器相位。當(dāng)U1檢測到調(diào)光器不存在時,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
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之間的二級管對電容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。在開始時的前3個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,U1開始在恒流模式操作。
在U1啟動后,U1引腳VCC則由偏置電源供電。
(2)調(diào)光器檢測與相位測量
調(diào)光器檢測與調(diào)光器相位測量通過電阻R3、R4和U1引腳VIN內(nèi)部電路來實現(xiàn)。
調(diào)光器檢測分兩步:第一步是確定調(diào)光器是否存存:第二步是在檢測到調(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)光器檢測發(fā)生在系統(tǒng)啟動后的第三個周期。當(dāng)U1引腳③上的電壓VIN0.1V的時間不超過600us時,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VIN0.1V的時間超過600us,U1則確定調(diào)光器的存在。如果調(diào)光器存在,U1將探測調(diào)光器類型。在調(diào)光器檢測期間,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)生一個純電阻性負(fù)載。
在發(fā)現(xiàn)調(diào)光器出現(xiàn)的第二個周期中檢測VIN周期并鎖定備用。當(dāng)VIN超過0.1V并計數(shù)輸入電壓采樣時,開始測量調(diào)光器相位。如果可控硅導(dǎo)通時間為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低于輸入電壓時為充電C4提供通路,當(dāng)TRIAC的觸發(fā)時可以減少浪涌電流。在斬波周期期間,當(dāng)VT2導(dǎo)通時,L3導(dǎo)通時,L3存儲能量;當(dāng)VT2關(guān)斷時,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,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)初級側(cè)反饋與恒定LED電流操作
iW3610采用初級側(cè)反饋,無需次級側(cè)感測和光耦合器。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,若忽略這個正向壓降,當(dāng)T1次級繞組匝數(shù)為Ns時,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)到一個恒定電平上,而不管輸出電壓與否。
初級側(cè)電流通過VT1源極電阻R13檢測,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NTC熱敏電阻RNTC,為LED提供溫度漂移補(bǔ)償。RNTC能夠感測到LED溫度。當(dāng)溫度較高時,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。基于iW3610的可調(diào)光LED驅(qū)動器,能夠檢測調(diào)光器的存在、調(diào)光器類型并測量調(diào)光器相位,無閃爍調(diào)光范圍達(dá)2%~100%。iW3610采用初級側(cè)感測技術(shù),無需次級反饋電路和環(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)光器時提供85%的效率。iW3610結(jié)合一個配合調(diào)光的斬波電路,再無調(diào)光器時的功率因數(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。
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