LED燈恒流驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)指導(dǎo)書新

1、LED 高效恒流驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)指導(dǎo)書第 1 章 緒論1.1 LED 工作原理1.1.1 LED 發(fā)光原理發(fā)光二極管（ LED ）是一種將把電能變成光能的器件，發(fā)光二極管的主要部份是由p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體組成的晶片，在 P型半導(dǎo)體中，空穴占有絕對(duì)地位，而在N型半導(dǎo)體中電子占絕大多數(shù)。在這兩者之間是p-n結(jié)。的大體工作過程是一個(gè)電變光的過程，當(dāng)LED的p-n結(jié)由外部電路加上正向偏壓時(shí)，P區(qū)的正電荷將向 N 區(qū)擴(kuò)散，同時(shí) N 區(qū)的電子也向 P 區(qū)擴(kuò)散，電子與空穴結(jié)合然后釋放能量，一部分能量由光 的形式散發(fā)出來，這就是發(fā)光的原因。不同大小的能量水平的差異，頻率和波長(zhǎng)的光的不同，相應(yīng)的光的 顏色

2、是不同的，這便是 LED 發(fā)光原理。1.1.2 LED 光源的特點(diǎn)1 超低能耗 比起傳統(tǒng)的白熾燈為首的白熾燈，至少節(jié)省20%以上的電量，節(jié)約了資源。2 超長(zhǎng)壽命傳統(tǒng)的節(jié)能燈的壽命是 20008000 小時(shí)，而 LED 照明燈壽命可達(dá) 5萬10萬小時(shí)。3 響應(yīng)時(shí)間短LED 燈的響應(yīng)時(shí)間比傳統(tǒng)的照明燈快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。4 工作電壓低LED 的驅(qū)動(dòng)電源既可以是高壓電源又可以是低壓電源，相比傳統(tǒng)的照明燈，它更加適應(yīng)電壓的變化， 電壓發(fā)生變化的時(shí)候不容易損壞。5 綠色環(huán)保 符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)造成環(huán)境污染，并且 LED 可以被回收利用。6 堅(jiān)固可靠LED 完全封裝在循環(huán)氧樹脂里面的 LED ，它比傳統(tǒng)照明燈更

3、加堅(jiān)固不易損壞。7 不招蚊蟲因 LED 用二極管發(fā)光技術(shù)，使用的冷光源，所以不招蚊蟲。8 自選顏色可以通過不同的設(shè)計(jì)以及電流的大小來改變LED的顏色。如小電流時(shí)為紅色的 LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色。目前白色 LED 發(fā)光效率已經(jīng)突破 120LM/W ，是白熾燈 15LM/W 的 8 倍，是熒光燈 50LM/W 的 2 倍多。LED 的光譜中沒有紫外線和紅外線成分，所以有害輻射小。在散熱良好的情況下，LED 的光通量半衰期大于 5 萬小時(shí)以上，可以正常使用 20年，器件壽命一般都在 10萬小時(shí)以上，是熒光燈壽命的 10 倍，是白熾 燈的 100 倍。這種燈具具有非

4、常好的節(jié)能長(zhǎng)壽命特性，隨著白色 LED 價(jià)格的不斷降低， LED 照明燈不但在 節(jié)日彩燈裝飾中廣泛應(yīng)用，而且逐步延伸到路面照明、民用照明等低照度要求的領(lǐng)域，全面進(jìn)入實(shí)用化， 并且在環(huán)保方面廢棄物可以回收，沒有熒光燈的汞污染問題，是國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的繼白熾燈、熒光燈之后的 第三代照明產(chǎn)業(yè)。LED驅(qū)動(dòng)電源原理下圖為超高亮 LED的特性伏案特性曲線，即正向電流（IF）和正向壓降（VF）的關(guān)系曲線，由曲線可知，當(dāng)正向電壓超過某個(gè)閾值，即通常所說的導(dǎo)通電壓之后，可近似認(rèn)為，IF與VF成正比。表中是當(dāng)前主要超高亮LED的電氣特性。當(dāng)前超高亮LED的最高IF可達(dá)1A，而VF通常為24V。HPWLEI> I

5、；扣 h 戔 系曲線（圖1）由于LED的光特性通常都表述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，（圖2）是光通量（$ V與 IF的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)動(dòng)可以更好地控制亮度。此外，LED的正向壓降變化范圍比較大 （最大可達(dá)1V以上），而由（圖1 ）中的VF-IF曲線可知，VF的微小變化會(huì)引起較大的，IF變化，從而引起亮度的較大變 化。所以，采用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證LED亮度的一致性，并且影響 LED的可靠性、壽命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驅(qū)動(dòng)。/ u （圖2）（圖3）是LED的溫度與光通量（$ V關(guān)系曲線，由（圖 3）可知光通量與溫度成反比， 85 C時(shí)的光通 量是25 C時(shí)的一半，

6、而-40 C時(shí)光輸出是25 C時(shí)的1.8倍。溫度的變化對(duì)LFD的波長(zhǎng)也有一些影響， 因此, 良好的散熱是LED保持恒定亮度的前提。（圖 3）是LED的溫度與光通量（$ V關(guān)系曲線。當(dāng)電阻選定后，電阻限流電路的IF與VF的關(guān)系為* i（圖3）一般LED驅(qū)動(dòng)電路介紹由于受到LED功率水平的限制，通常需同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè) LED以滿足亮度需求，因此，需要專門的驅(qū)動(dòng)電 路來點(diǎn)亮LED。下面簡(jiǎn)要介紹 LED概念型驅(qū)動(dòng)電路。阻限流電路女口（圖4）所示，電阻限流驅(qū)動(dòng)電路是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，限流電阻按下式計(jì)算。FT（圖4）式中：Vin為電路的輸入電壓：IF為IED的正向電流；VF為L(zhǎng)ED在正向電流IF時(shí)的壓降；VD

7、為防反 二極管的壓降（可選）;y為每串LED的數(shù)目；x為并聯(lián)LED的串?dāng)?shù)。由上圖可得LED的線性化數(shù)學(xué)模型為：V F = 4-/1式中：Vo為單個(gè)LED的開通壓降；Rs為單個(gè)LED的線性化等效串聯(lián)電阻。則上式限流電阻的計(jì)算可 寫為：由上式可知電阻限流電路簡(jiǎn)單，但是，在輸入電壓波動(dòng)時(shí)，通過LED的電流也會(huì)跟隨變化，因此調(diào)節(jié)性能差。另外，由于電阻R的接人損失的功率為 xRIF，因此效率低。線性調(diào)節(jié)器介紹線性調(diào)節(jié)器的核心是利用工作于線性區(qū)的功率三極管或 線性調(diào)節(jié)器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。（圖5）a所示為并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器 個(gè)LED串聯(lián)，下同），它與LED并聯(lián)，當(dāng)輸入電壓增大或者M(jìn)OSFF

8、ET作為一動(dòng)態(tài)可調(diào)電阻來控制負(fù)載。（圖中僅畫出了一個(gè) LED，實(shí)際上負(fù)載可以是多 LED減少時(shí)，通過分流調(diào)節(jié)器的電流將會(huì)增大，這將會(huì)增大限流電阻上的壓降，以使通過LED的電流保持恒定。由于分流調(diào)節(jié)器需要串聯(lián)一個(gè)電阻，所以效率不高，并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情況下很難做到恒定的調(diào)節(jié)。（圖5）b所示為串聯(lián)型調(diào)節(jié)器，當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)電阻增大，以保持 恒定。LED上的電壓（電流）（圖5）由于功率三極管或 MOSFET管都有一個(gè)飽和導(dǎo)通電壓，因此，輸入的最小電壓必須大于該飽和電壓與負(fù)載電壓之和，電路才能正確地工作。開關(guān)調(diào)節(jié)器介紹上述驅(qū)動(dòng)技術(shù)不但受輸入電壓范圍的限制，而且效率低。在用于低功率

9、的普通LED驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電流只有幾個(gè)mA，因此損耗不明顯，當(dāng)用作電流有幾百mA甚至更高的高亮LED的驅(qū)動(dòng)時(shí)，功率電路的損耗就成了比較嚴(yán)重的問題。開關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的，可以達(dá)到90%以上。Buek、Boost和Buck-Boost等功率變換器都可以用于 LED的驅(qū)動(dòng)，只是為了滿足 LED的恒流驅(qū)動(dòng)，采用檢測(cè)輸出電流而 不是檢測(cè)輸出電壓進(jìn)行反饋控制。（圖6）為采用Buck變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路，與傳統(tǒng)的 Buek變換器不同，開關(guān)管 S移到電感L 的后面，使得S源極接地，從而方便了 G的驅(qū)動(dòng)，LED與L串聯(lián)，而續(xù)流二極管 D與該串聯(lián)電路反并聯(lián)， 該驅(qū)動(dòng)電路不但簡(jiǎn)單而且不需要輸出濾波電容

10、，降低了成本。但是，Buck變換器是降壓變換器，不適用于輸入電壓低或者多個(gè) LED串聯(lián)的場(chǎng)合。（圖6） （b）為采用Boost變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路，通過電感儲(chǔ)能將輸出電壓泵至比輸入電壓更高的期 望值，實(shí)現(xiàn)在低輸入電壓下對(duì) LED的驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是這樣的驅(qū)動(dòng)IC輸出可以并聯(lián)使用，有效的提高單顆LED 功率。（圖6）（c）為采用Buck Boost變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路。與Buek電路類似，該電路 S的源極可以直 接接地，這樣方便了 G的驅(qū)動(dòng)。Boost和Buck-Boosl變換器雖然比Buck變換器多一個(gè)電容，但是，它們 都可以提升輸出電壓的絕對(duì)值。因此，在輸入電壓低，并且需要驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED時(shí)應(yīng)用

11、較多。oi 1 11IRl lH k. * I i- I（圖6）第2章開關(guān)式恒流驅(qū)動(dòng)電源原理分析2.1 LED驅(qū)動(dòng)方式常見的LED驅(qū)動(dòng)方式有以下三種：阻容降壓、隔離反激以及原邊調(diào)節(jié)方案。其中阻容降壓式電路簡(jiǎn)單， 成本低，但效率低，調(diào)節(jié)精度差，已被淘汰。目前主要采用的是開關(guān)電源方式的隔離反激以及原邊調(diào)節(jié)方 案。2.1.1開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理開關(guān)電源是通過控制晶體管的導(dǎo)通與截至的時(shí)間或頻率，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。相比線性 電源，具有效率高、體積小、重量輕、適應(yīng)電網(wǎng)電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)式穩(wěn)壓電源的控制方法可以分為脈寬調(diào)制（PWM ）方法和頻率調(diào)制（PFM）方法兩種，在我們實(shí)行的工作

12、和使用中，基本上都是用脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源。就當(dāng)下的開發(fā)和設(shè)計(jì)的開關(guān)電源集成電路中， 八成以上都是采納脈寬調(diào)制型。所以接下來我們就主要介紹脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源。脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn) 壓電源的基本原理可參見下圖：圖2-1開關(guān)電源基本原理從上圖所示的單極性矩形脈沖可以看出，單極性矩形脈沖的寬度決定了U0的值，如果脈沖的寬度加寬,那么相應(yīng)的直流電壓也會(huì)增加。Uo可用以下公式計(jì)算得出結(jié)果：Uo= T1/T xUm=DUm其中T1是矩形脈沖寬度，T為該矩形脈沖周期，Um是矩形脈沖的峰值，D為占空比。從上面的公式我們可以得出結(jié)論，Uo可以通過調(diào)節(jié)D實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。2.1.2 AC/DC開關(guān)式穩(wěn)壓電源的原理圖2-

13、2開關(guān)電源原理電路交流電壓AC經(jīng)過整流電路和濾波電路整流濾波后，含有脈動(dòng)成分的直流電壓，電壓被開關(guān)變換器轉(zhuǎn)換成方波電壓，這個(gè)方波電壓被調(diào)寬(或調(diào)頻)后，再經(jīng)整流濾波后成為我們所要求的DC。脈沖寬度調(diào)制部分的電路，包括抽樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制、參考電壓電路等等。2.2反激式概述反激式(Flyback)變壓器，英文名稱：Flyback Transformer。變壓器也稱之為轉(zhuǎn)換器、變換器。反激式是 指當(dāng)初級(jí)線圈被變壓器的直流脈沖電壓激勵(lì)時(shí)，負(fù)載沒有變壓器次級(jí)線圈提供的功率輸出；只有當(dāng)斷開變 壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓時(shí)，負(fù)載才會(huì)有功率輸出。這就是反激式開關(guān)電源。圖2-3反激式開關(guān)電源工作原理反

14、激式變壓器有如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):1.轉(zhuǎn)換的效率高，2.變壓器匝比Nps數(shù)值小3.電路簡(jiǎn)單，體積小，節(jié)約成本。2.2.1反激式開關(guān)電源的工作過程以上圖所示的電路為例， 我們來分析一下反激式的工作原理。當(dāng)三極管VT導(dǎo)通的時(shí)候，即左側(cè)電路構(gòu)成通路，初級(jí)線圈繞組 Np上有電流流過即Ip，并且開始儲(chǔ)存能量。從圖中可以看出，初級(jí)線圈Np和次級(jí)線圈N2的極性是相反的，二極管反偏截至，能量也就無法進(jìn)行傳遞，從而無法到達(dá)負(fù)載。而當(dāng)三極管VT截至的時(shí)候，分析跟上述相反，二極管正向?qū)?，能量到達(dá)負(fù)載，10流過負(fù)載。其過程的波形圖如下：口圖2-4波形圖2.2.2反激式開關(guān)電源的工作方式反激式變壓器的工作方式大概有以下兩種：

15、其一是本次設(shè)計(jì)采用的工作方式，那就是DCM工作方式,即是電感電流不連續(xù)模式，其二是 CCM工作方式，即使電感電流連續(xù)模式。1. CCM ( Contin uous In ductor Curre nt Mode)，就是周期內(nèi)開啟時(shí)間所獲得的能量在反激的時(shí)間里部份或 者說不完全的傳給輸出端。2. DCM (Disc ontin uous In ductor Curre nt Mode)，就是周期內(nèi)開啟時(shí)所儲(chǔ)存的能量在周期內(nèi)的反激時(shí)間完 全或者說是全部流到輸出端。(b) DCM圖2 CCM與DCM工作模式波形圖。2.3原邊反饋概述2.3.1 PSR( Primary Switching Regul

16、ator，原邊開關(guān)調(diào)節(jié))控制原理近兩年由于PSR線路簡(jiǎn)單，成本低，所以在充電器，LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方面相當(dāng)流行。先談?wù)凜V操作模式，現(xiàn)在大部分芯片都是直接取樣輔助線圈上電壓，由于漏感的原因，在MOS關(guān)斷后，也就是次級(jí)二極管導(dǎo)通瞬間，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)尖峰，影響電壓采樣，為了避開個(gè)這個(gè)尖峰，大部分廠家都是采用延時(shí)采樣，也就是在 MOST關(guān)斷一段時(shí)間后再來采樣線圈電壓。從而避開漏感尖峰。PI是在高壓開關(guān)關(guān)斷 2.5卩s采樣。這種采樣方式其實(shí)在以前很多芯片上的過壓保護(hù)上也都有應(yīng)用，比如OB2203和UCC286O0 NCP1377上都有這樣的應(yīng)用，所以可以得到較高精度的過壓保護(hù)。還有些廠家是在下取樣電阻上并一個(gè)

17、小容量的電容來實(shí)現(xiàn)。同 時(shí)建議大家吸收電路使用恢復(fù)時(shí)間約只有2us的IN4007再串一個(gè)百歐左右的電阻作吸收?？梢詼p小漏感產(chǎn)生的振鈴，從而減小取樣誤差。得到較高采樣精度。次級(jí)圈數(shù)固定，輔助繞組固定，取樣精度高。比較器 內(nèi)部精度也高，自然可以得到較高的輸出電壓精度。圖片截自NCP1377規(guī)格書。1工nr.SAMF<ING>HERE、k111 J 1 11 L 1Illiill"I 1 1 jIlli1 J 1 1IlliI I L I|-|11'lip1 1 r 1I rIB II II|1 V 11 r I 1M1 1 j:Au-4 -4-0 LKHbLJLL1-

18、J&.06.04.02.00Figure 24. A Voltage Sample is Taken 4.5 |is After the Turn-Off Sequence因?yàn)檩敵鲭娏鱅o是次級(jí)電流(如下圖的三角形)在一個(gè)工作周期的平均值，所以lo=(Td/T)*lpsk/2, 其中T為工作周期。由安匝平衡條件，Np*lpk=Ns*lpks ,所以 Ipks=Np*Ipk/Ns, 將 Ipks=Np*Ipk/Ns 代入 Io=(Td/T)*Ipsk/2 , 得到：Io=(Td/T)* ( Np*Ipk /Ns ) /2。由上式可以看出，Np,Ns為常數(shù)，只要固定Ipk和Td/T，就可以

19、得到固定的電流輸出，即恒流（CQ輸出。市面上很多IC固定Ipk的方式是限制初級(jí) MOS取樣電阻上的峰值電壓，同時(shí)為了避免寄生電容在導(dǎo)通 時(shí)產(chǎn)生的電流尖峰，會(huì)加入一段消隱時(shí)間。Td/T是由IC內(nèi)部固定的。OB公司的是0.5 （它是給出Td同頻率的關(guān)系），BYD的1508是直接給出0.42。 仙童的沒有直接給出1317沒直接給出這個(gè)值，而是給出了一個(gè)計(jì)算初級(jí)電流的公式。 也是間接告訴了 Td/T。 COP815也是如此，通過計(jì)算 Td/T=1/3=0.333。在CC時(shí)，在不同輸出電壓情況下，工作在 PFM模式以保證固定的 Td/T而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電流。這就 是實(shí)現(xiàn)恒流的基本原理，輸出電壓變化時(shí)能保

20、證電流不變。只要保證IC的Td/T的精度，以及初級(jí)峰值電流的限流精度就可以得到較高的輸出電流精度。這兩部分基本上取決于IC。取樣電阻保證1%是沒有問題的。對(duì)于PSR對(duì)電感量補(bǔ)償?shù)脑恚?dāng)電感量低出設(shè)計(jì)正常值時(shí)，要達(dá)到同樣的峰值電流需要的時(shí)間就短 了， t=L* I/V, I在DCM模式時(shí)等于峰值電流，而峰值 Ipk電流是固定的（見上述）。V就是Vin,為常 數(shù)，所以 L低會(huì)造成 t下降，也就是 Ton （ t=Ton ）下降。根據(jù)伏秒平衡，Vp*Ton=Vs*Td,得Ton=Td*Ns/Np,Np,Ns為常數(shù)，Ton的下降同樣也造成 Td下降。由于Td/T為固定值，Td下降造成T變小，所以 頻

21、率就升高了。但是由于有最高頻率的限制，所以設(shè)計(jì)時(shí)要注意在最重負(fù)載時(shí)，頻率不能工作在最高頻率，這樣電感量的變化將得不到補(bǔ)償（通過調(diào)節(jié)頻率）。應(yīng)適當(dāng)?shù)陀谧罡吖ぷ黝l率。電感量高出正常值時(shí)，結(jié)果當(dāng)然是相反的。lo=（Td/T）*（Np*Ipk /Ns ） /2。只要Ipk,Td/T 不變，輸出電流也就不變。所以電感量變化引起的是頻率的變化。從公式P=1/2*L*I 2*f也可以看出。I固定，輸出功率不變，L的變化引起的是頻率 f的變化，但一定要 注意最高工作頻率限制。同時(shí)該公式還表明，I固定，f隨P減小而減小，從而可以減小電源的待機(jī)功耗，但要注意最低的頻率要大于可聞?lì)l率（20KHZ），以免變壓器產(chǎn)生可

22、聽到的“吱吱”噪聲。初級(jí)調(diào)節(jié)原理我們可以通過結(jié)合下面的原理圖來進(jìn)行分析。負(fù)載的任何改變我們都可以通過輔助繞組（NAUX）的電壓變化來監(jiān)控。我們用控制器打開MOS管。使其導(dǎo)通之后，初級(jí)繞組線圈電流I從0線性上升到ipeak,其公式為i peakLpt on(2-1)這個(gè)過程中初級(jí)繞組 NP已經(jīng)把能量?jī)?chǔ)存起來了，而當(dāng)我們讓MOS管關(guān)閉之后，在初級(jí)繞組里面儲(chǔ)存的能量將會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移，這個(gè)時(shí)候次級(jí)繞組線圈開始接受來自初級(jí)繞組的能量，能量移動(dòng)的過程就這樣完成 了。然后能量經(jīng)過整容濾波電路之后，就可以加載到輸出端上Vm圖2-5原邊反饋原理圖2.3.2 PSR電源的CV/CC 工作區(qū)間PSR電源的次級(jí)側(cè)工作區(qū)間

23、如下圖所示。電源啟動(dòng)后，在沒有達(dá)到設(shè)定的恒流電路之前，輸出電流隨著輸出電壓的增加而增長(zhǎng)（線性區(qū)）；當(dāng)達(dá)到恒流調(diào)節(jié)狀態(tài)（恒流區(qū)）時(shí)，通過調(diào)節(jié)輸出電壓補(bǔ)償LED壓降的溫漂變化，使流過 LED的電流保持恒定；當(dāng)輸出電壓達(dá)到一定值時(shí)，將保持不變（恒壓區(qū)）。在沒有副邊電壓和電流檢測(cè)的時(shí)候采用原邊控制的方法可以達(dá)到精確的恒壓/恒流控制的目地圖1是怡出電流第3章BP9022工作原理及技術(shù)參數(shù)3.1 BP9022概述及原理該BP9022控制器在開關(guān)模式電源應(yīng)用廣泛。其高度集成的功能，例如在欠壓鎖定（UVLO ）,前沿消隱（LEB ）和內(nèi)置電纜補(bǔ)償提供用戶高效率和低成本的解決方案AC / DC電源的應(yīng)用程序。B

24、P9022電源可以快速動(dòng)態(tài)負(fù)載響應(yīng)。BP9022的待機(jī)電流略高，當(dāng)進(jìn)行 LED優(yōu)化了應(yīng)用的時(shí)候。此外，BP9022具有豐富開路保護(hù)、過壓保護(hù)、溫度保護(hù)，以消除外部保護(hù)電路，并提供可靠的操作。BP9022提供SOP8封裝。典型應(yīng)用電路（下圖所示）Ac0-LpvccXCROVPcsDkAlNGNDDRAINBP9022AZ1YY-L： r-E3.2引腳功能BP9022引腳功能管腳號(hào)管腳名稱1CS電流采樣端，采樣電阻接在匚5和GD端之間2VCC苦片電源3OT芯片地1KOVP開路帰護(hù)電壓調(diào)節(jié)瑞，接電阻到地5h6無連接，必須懸空7h8DRA叮內(nèi)部高壓功率管漏極3.3BP9022內(nèi)部工作框圖推薦工作范圍符

25、號(hào)參數(shù)參數(shù)范圍單檢Fjh 1輸出功率（輸入電壓230V ±15%）< 7Pmt 2輸出功率（輸入電壓85V-265V）< 5WFry?系統(tǒng)工柞頻率<120KIIz極限參數(shù)（注1）符號(hào)參數(shù)參數(shù)范圍單位Ioc_maxVCC引腳最大電源電流5mADRAIN內(nèi)部髙壓功率管漏極到源極峰值電壓-0. 3-650VCS電流采樣端-0. 36VROVP開路保護(hù)電壓調(diào)節(jié)端-0. 3-6VPduax功耗（注2）0. 45w6jaPN結(jié)到環(huán)境的熱阻145r/wTj工作結(jié)溫范圍j10 to 150Tstg儲(chǔ)存溫度范圍-55 to 150IDESD （注 3）2KV圖3-3BP9022內(nèi)部框

26、圖天壓門護(hù)HOIgo9.恒流控制K遷輯醉釗Q- DRAIN過壓fit護(hù)1前沿涓凈ROVP應(yīng)用信息BP9022A是一款專用于 LED照明的恒流驅(qū)動(dòng)芯片，采用專利的恒流架構(gòu)和控制方法，芯片內(nèi)部集成650V功率開關(guān)，只需要極少的外圍組件就可以達(dá)到優(yōu)異的恒流特性。采用了原邊反饋技術(shù)，BP9022A無需光耦及TL431反饋，也無需輔助繞組供電和檢測(cè)，系統(tǒng)成本極低。啟動(dòng)系統(tǒng)上電后，母線電壓通過啟動(dòng)電阻對(duì)VCC電容充電，當(dāng) VCC電壓達(dá)到芯片開啟閾值時(shí)，芯片內(nèi)部控制電路開始工作。BP9022A內(nèi)置17V穩(wěn)壓管，用于鉗位 VCC電壓。芯片正常工作時(shí)，需要的 VCC電流極低，所以無需輔助繞組供電。恒流控制，輸出

27、電流設(shè)置芯片逐周期檢測(cè)變壓器原邊的峰值電流，CS端連接到內(nèi)部的峰值電流比較器的輸入端，與內(nèi)部400mV閾值電壓進(jìn)行比較，當(dāng)CS電壓達(dá)到內(nèi)部檢測(cè)閾值時(shí)，功率管關(guān)斷。變壓器原邊峰值電流的計(jì)算公式為：其中，RCS為電流采樣電阻阻值。CS比較器的輸出還包括一個(gè)500ns前沿消隱時(shí)間。LED輸出電流計(jì)算公式為:電氣參數(shù)(注£ 5>Va-lS V. L=25D符號(hào)*fr44AM星大曲電電壓K窮乜雯壓17V怙上升HV論下陰9Flr1'1 1V3Q1Q0J:Iw也工低電沅f-.<UKHzIC(J15UuA電CS.TI電汾楡則議值4004：5矩珞片業(yè)沢吃購(gòu)戌盤200nAIls就沿消

28、魁時(shí)同onnsTttui：20U工切率Fn最小工化義走BKEhF»址大工件嗾率120KHzWOVP弓界雯圧0.5V大占空ItDime靈蛙工七址大E空芒42%A*也事L滬】5V.1 lEs=O. 5A16n創(chuàng)a功誕宣拚擊尉電壓 *WI25(kiA65aVIsv H-o* AbasovLilAilAWY*1 Ki過熱調(diào)節(jié)溫窒1訓(xùn)匸注豔箕圣參電垃為住臨訓(xùn)6 丫;擠武吟握注師 就之豈比皐皐犬翼幫襯厲攝利試岳肛MHAWt測(cè)試五茨訃分析徉吒.其中，NP是變壓器主級(jí)繞組的匝數(shù)，NS是變壓器次級(jí)繞組的匝數(shù)，IP_PK是主級(jí)側(cè)的峰值電流。工作頻率系統(tǒng)工作在電感電流斷續(xù)模式，無需環(huán)路補(bǔ)償，最大占空比為

29、42%。推薦芯片最大工作頻率為 120KHZ。芯片限制了系統(tǒng)的極限最小工作頻率，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。工作頻率的計(jì)算公式為：曲2 x yLED2X x 人廣 x Lp x 1 LED其中，Lp是變壓器主級(jí)側(cè)電感。 過壓保護(hù)電阻設(shè)置開路保護(hù)電壓可以通過 ROVP引腳電阻來設(shè)置，ROVP引腳電壓為0.5V。當(dāng)LED開路時(shí)，輸出電 壓逐漸上升，退磁時(shí)間變短。因此可以根據(jù)需要設(shè)定的開路保護(hù)電壓，來計(jì)算退磁時(shí)間Tovp。Lm x VcsTovp pNps x Rce x Vovp其中，Lm是原邊電感量Vcs是CS關(guān)斷閾值（400mV）Nps是變壓器的原副邊匝比Vovp是需要設(shè)定的過壓保護(hù)點(diǎn)然后根據(jù) Tov

30、p時(shí)間來計(jì)算Rovp的電阻值，公式如下：Jiovp 16 * Tovp * 10（kohjni保護(hù)功能BP9022A內(nèi)置多種保護(hù)功能，包括LED開路/短路保護(hù)，CS電阻短路保護(hù)，VCC欠壓保護(hù)，芯片溫度過熱調(diào)節(jié)等。當(dāng)輸出LED開路時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)過壓保護(hù)邏輯并停止開關(guān)工作。當(dāng)LED短路時(shí)，系統(tǒng)工作在 5KHz低頻，CS關(guān)斷閾值降低到 200mV ,所以功耗很低。當(dāng)有些異常的 情況發(fā)生時(shí)，比如 CS采樣電阻短路或者變壓器飽和，芯片內(nèi)部的快速探測(cè)電路會(huì)觸發(fā)保護(hù)邏輯，系統(tǒng)馬上 停止開關(guān)工作。系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)后，VCC電壓開始下降；當(dāng)VCC到達(dá)欠壓保護(hù)閾值時(shí)，系統(tǒng)將重啟。同時(shí)系統(tǒng)不斷的檢測(cè)負(fù)載狀態(tài)，如果

31、故障解除，系統(tǒng)會(huì)重新開始正常工作。過溫調(diào)節(jié)功能BP9022A具有過熱調(diào)節(jié)功能，在驅(qū)動(dòng)電源過熱時(shí)逐漸減小輸出電流，從而控制輸出功率和溫升，使電 源溫度保持在設(shè)定值，以提高系統(tǒng)的可靠性。芯片內(nèi)部設(shè)定過熱調(diào)節(jié)溫度點(diǎn)為150 C。PCB設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)BP9022A PCB板時(shí)，需要遵循以下指南：旁路電容VCC的旁路電容需要緊靠芯片 VCC和GND引腳。ROVP電阻開路保護(hù)電壓設(shè)置電阻需要盡量靠近芯片ROVP引腳。地線電流采樣電阻的功率地線盡可能短，且要和芯片的地線及其它小信號(hào)的地線分頭接到母線電容的地端。功率環(huán)路的面積減小功率環(huán)路的面積，如變壓器主級(jí)、功率管及吸收網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路面積，以及變壓器次級(jí)、次級(jí)二極管

32、、 輸出電容的環(huán)路面積，以減小EMI輻射。NC引腳NC引腳必須懸空以保證芯片引腳間距離滿足爬電距離DRAIN引腳增加DRAIN引腳的鋪銅面積以提高芯片散熱。第4章3W的LED燈驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 3W BP9022方案LED恒流驅(qū)動(dòng)電源LED+11LED-EEIOT1RJcs vecDRAIN DRAINGNDNCRVOPNCU143BP9022gengR.ACL1CONIACN1 -LCONI - Dl-XtBlOFBP9022 LED恒流驅(qū)動(dòng)電源原理圖4.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法（公式）設(shè)計(jì)中用到的參數(shù)以及表達(dá)方式：Vaomin :交流最小輸入電壓；Vao max :交流最小輸入電壓；Vdomax

33、:母線輸入電壓最大值；C1：主輸入電容的容值；T：開關(guān)管工作周期； f :開關(guān)管工作頻率；Fl :交流輸入電壓頻率；Ton：功率三極管開通時(shí)間；Tdis :輸出電感放電（去磁）時(shí)間；Lp :初級(jí)電感量；Ls:次級(jí)電感量；Ipk :初級(jí)電流峰值；Ipks :次級(jí)電流峰值；Np :初級(jí)線圈匝數(shù)；Ns :次級(jí)線圈匝數(shù)；Nps :初次級(jí)線圈匝數(shù)比；Vo：輸出電壓；Io :輸出電流；Vd：輸出二極管的正向壓降；Vs : Vo與Vd之和；:變壓器轉(zhuǎn)換效率；K:芯片內(nèi)部設(shè)定的比例參數(shù)；Res：初級(jí)電流采樣電阻；Vcsth : R cs上電壓的限制值；D:占空比。已知條件：交流輸入電壓： V ac-min =

34、85V , V ac-max =264V輸入交流電壓頻率 Fl=50KHz系統(tǒng)工作頻率f=60KHz輸出功率：Po=3WLED 個(gè)數(shù)：3/0.5=6輸出：Vo=3*3.3=9.9V，取 10V，（ 2 并 3 串）工作電流：lo=0.3An=75%D:通常取0.42設(shè)計(jì)過程：本次設(shè)計(jì)采用面積相乘法 （AP）來對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，選取EE型磁芯。AP法選擇磁芯的公式如下0.433 （1） Po 104A A K DK B fAp= AwAe= Kw d K j Bm fs （見參考文獻(xiàn)3）表4-1磁芯規(guī)格CORETYPEMATEHIALDinensions (on)ApAeAwAl

35、A * B * C(* )(血)< )(fW )EE05PC405, 25*2. 65*1.950. 001S2.635.00285, 00EE6, 3PC-106, 1*«. S5*7,950, 00153,31405.00EL8PC-10fl. 3*4. 0*3. 60.0091LOO13.05B®. 00EE0/11PC-10血 2*5. 5*1.750, 028712. 1023,70850, 00EEL3PC4013. 0*6. 0*6. 160. 057017. 1033. 35L 13d 00EEIGrcw16*7, 2* 1, &0.07651

36、9. 2039, &51140.00EE19PC4019. 1*7.95*5.00. J 21323. 0054. 041250.00EE19/16PC'4019. 29*8. 1*1.750. 119122.4053. 151350.00EE20/20/520. 10. 157231.00覘701160.00EE22PC4022*9.35*5. 750. 169041.0038. 792180.00EE2329SPC-1023*11 7*60 436835. B0122.001250,00EE25/19PC4025.4*9.4&*6.290.312&10. 0

37、07fi. 202000.00EE25, 4PC-1025, 1*9. 66*6*350, 317J40. 3078, 732000.00EE2825PC4028*12. 75*10.60. 8525as. 90103300.00EE30PC 1030*13, 15*10.70,7995109. 0073,354690.00在上式中：2 2Aw為磁芯窗口面積，單位為 cm ，Ae為磁芯截面積，單位為 cm ；Kw為窗口有效使用系數(shù)，Kj為電流密度，一般取 J=200600 A/cm2 ;Bm為磁芯工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為T, 一般為0.20.3T。盡可能選擇窗根據(jù)求得的AP查磁芯規(guī)格表，選擇合適

38、的磁芯。為了使磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高, 口長(zhǎng)寬之比較大的磁芯。而且還能減小漏感。根據(jù)AP=0.029cm4，從上面的磁芯規(guī)格表中查出的磁心規(guī)格為EE10。AP=0.0287cm4，Ae=12.10mm2=0.121cm2。1最低母線輸入電壓V dc- minac2min2 Vo Io (12 FLTc)* Cbulk(4-2)最大輸入母線電壓為:dc maxmax(4-3)2確定最大匝數(shù)比系統(tǒng)在任何條件下都工作在不連續(xù)電流模式（DCM），則應(yīng)該滿足:T -TonTdis(4-4)經(jīng)過公式推導(dǎo)，可以轉(zhuǎn)化為n xk 1N4min(廠(4-5)選擇Nps =3計(jì)算初級(jí)尖峰電流Ipk和電流采樣電阻Rcs4 0.36(4-6)KI。pk _P NpsRcsVcsth0.4Pk0.2(4-7)4確定初級(jí)電感量Lp 由以下公式可求出初級(jí)電感量:,2 5nLp 廠I2 x f1 pk s2 Po 二I2k fs 二(4-8)Lp=2mH 。初級(jí)電感量的選取量應(yīng)比計(jì)算的值略小一點(diǎn)，這里取:5確定初級(jí)線圈匝數(shù) Np計(jì)算初級(jí)匝數(shù)NpLp Ipk 2 0.2Ae況 Bm 12.1 況0.25（4-9）取 Np=132Ts6計(jì)算次級(jí)和輔助線圈匝數(shù) Ns和Naux 次級(jí)線圈匝數(shù)為：Nps 6(4-10)7選取整