基于AC／DC数字电源iW3610的可调光LED设计

普通照明用LED驱动电源一般都采用基于PWM控制器的反激式变换器电路拓扑。这种解决方案虽然结构简单，但一般不能利用传统白炽灯用三端双向晶闸管(TRIAC)调光器对LED进行调光，这是因为白炽灯是一种纯电阻性负载，而AC/DC电源系统与白炽灯的情况完全不同。用iW3610型AC/DC数字电源控制器构建反激式LED驱动器，可以与所有类型的调光器兼容操作，调光范围达2%～10%，并且无闪烁现象发生，在无调光器时的功率因数达0.9，系数效率达85%。 　　iW3610的结构与特点 　　iW3610采用8引脚SOIC封装，引脚配置如图1所示。 　　iW3610芯片集成了启动和输入电压检测电路、反馈信号调节电路、A/D转换器、D/A转换器、调光器检测与相位测量电路、恒流控制电路、过电流保护比较器、峰值电流限制比较器、斩波(chopping)电路MOSFFT栅极驱动器以上主电源中MOSFET栅极驱动器等，如图2所示。 　　iW3610各个引脚功能如下所述： 　　引脚1(OUTPUT(TR))：斩波电路MOSFFT开关栅极驱动输出。 　　引脚2(VSENSE)：变压器辅助绕组感测信号输入，用于次级边电压反馈以对输出进行调节。 　　引脚3(VIN)：整流输出电压检测信号输入，用于调光器相位检测、输入欠电压/过电压保护，在启动期间为芯片提供电源电流。 　　引脚4(VT)：外部关闭控制端。如果关闭控制不用，应当连接一个电阻接地。 　　引脚5(GND)：地引脚。 　　引脚6(TSENSE)：初级电流感测输入，用于逐周期峰值电流控制。 　　引脚7(OUTPUT)：反激式变换器MOSFET开关栅极驱动输出。 　　引脚8(VCC)：控制器电源，启动阀值是12V，欠电压关闭门限电平为7.5V。 　　iW3610采用数字控制技术，具有包括：斩波电路，其作用是提高功率因数，为调光器提供动态阻抗;隔离反激式电路拓扑，提供低成本解决方案，允许利用传统白炽灯调光器对LED进行调光。iW3610能够对墙上调光器类型进仃检测和对相位进行测量。iW3610在谷值模式开关，在无调光器时的效率可达85%。iW3610采用初级侧反馈恒流控制技术，获得容差±5%的LED电流调节。 　　基于iW3610的可调光LED驱动电源 　　采用iW3610的可调光LED驱动电源电路如图3所示。适当选择电路中元件，输出功率可达45W。 　　1 电路组成 　　图3所示的电路主要由以卜四个部分组成。 　　一是输入EMI滤波器。L1、L2和C1组成EMI滤波器电路，R1和R2用来阻尼LC谐振振荡。 　　二是桥式镇流器。BR1为全桥桥式整流器。 　　三是斩波电路。VD1～VD3、C2和C4、L3、VT2、R6和R7组成斩波电路，用作为调光器提供动态阻抗。 　　四是反激式变换器。U1、VT1、变换器T1等构成反激式转换器。T1初级绕组上的R8、C5和VD4，组成RCD型初级钳位电容。T1次级侧上的 VD6和C7组成输出整流滤波电路，R14为预负载，T1辅助(或偏置)绕组、VD5和C6组成U1引脚VCC上的偏置电源。辅助绕组同时提供输出反馈，消除了次级侧上的感测与光电耦合反馈电路。 　　调光器串接在AC线路输入相线L上。U1能够检测调光器类型(如前沿调光器、后沿调光器等)，并检测调光器相位。当U1检测到调光器不存在时，电路照样可以操作，而且具有高功率因数。 　　2 电路工作原理 　　(1) 电路启动 　　接通AC电源后，整流后的DC高压经电阻R3、R4和U1内部连接在引脚VIN和引脚VCC之间的二级管对电容C6充电。只要U1引脚VCC上的电压超过12V的阀值，U1中的控制逻辑使能，U1进入正常操作模式。在开始时的前3个AC半周期期间，U1引脚OUTPUT(TR)保持高电平，VT2导通。在调光器类型和AC线路周期被检测后，恒流电路使能，输出电压开始上升。当输出电压高于LED串上的总正向电压时，U1开始在恒流模式操作。在U1启动后，U1引脚VCC则由偏置电源供电。 　　(2) 调光器检测与相位测量 　　调光器检测与调光器相位测量通过电阻R3、R4和U1引脚VIN内部电路来实现。 　　调光器检测分两步：第一步是确定调光器是否存存；第二步是在检测到调光器存在的情况下确定调光器的类型(是前沿调光器还是后沿调光器)。调光器检测发生在系统启动后的第三个周期。当U1引脚③上的电压VIN <0.1V的时间不超过600us时，U1则确定调光器未接入，U1将调光器类型设置在"无调光器"。如果VIN<0.1V的时间超过 600us，U1则确定调光器的存在。如果调光器存在，U1将探测调光器类型。在调光器检测期间，U1引脚①输出高电平，斩波电路中的 MOSFET(VT2)导通，从而为调光器产生一个纯电阻性负载。 　　在发现调光器出现的第二个周期中检测VIN周期并锁定备用。当VIN 超过0.1V并计数输入电压采样时，开始测量调光器相位。如果可控硅导通时间为ton，调光周期是t，调光器相位则为ton/t。调光器中可控硅的导通角越大，电源输出功率也就越大，LED则越亮；反之，调光器导通角越小，LED亮度也就越暗。 　　(3) 斩波电路 　　斩波电路的作用是为调光器提供动态阻抗，并为反激式转换器建立能量。VD2在电路C4上的电压Vc4低于输入电压时为充电C4提供通路，当TRIAC的触发时可以减少浪涌电流。在斩波周期期间，当VT2导通时，L3导通时，L3存储能量;当VT2关断时，L3释放能量，使VD3导通。 　　L3、VT2、VD3和C4等组成的电路与常规功率因数校正(PFC)升压变换器类似。在不接入调光器时，通过L3的平均电流与输入AC电压同相位，因此产生高于0.9的功率因数。 　　斩波电路相关波形 　　(4) 初级侧反馈与恒定LED电流操作 　　iW3610采用初级侧反馈，无需次级侧感测和光耦合器。T1辅助绕组(匝数为NAUX)上的电压VAUX是输出电压发射的结果。VD6上的正向压降仅约0.5V，若忽略这个正向压降，当T1次级绕组匝数为Ns时，辅助绕组上的电压则为VAUX=Uo×(NAUX/NS)。T1辅助绕组上的电压经R9和 R10馈送到U1引脚VSENSE，经内部恒流控制电路将输出电流调节到一个恒定电平上，而不管输出电压与否。 　　初级侧电流通过VT1源极电阻R13检测，以执行峰值电流限制(PCL)和过电流保护(OCP)。 　　(5) 谷值模式开关 　　在恒流输出操作期间，U1采用谷值模式开关，即VT1在漏一源极谐振电压最低点上开关，因此具有最小的开关损耗和EMI。 　　(6) LED温度漂移补偿 　　U1引脚VT外部连接一个NTC热敏电阻RNTC，为LED提供温度漂移补偿。RNTC能够感测到LED温度。当温度较高时，U1可使LED变暗。如果LED温度达到限制阀值，U1将关断。 　　结束语 　　iW3610是一种采用先进的数控技术的反激式电源控制器。基于iW3610的可调光LED驱动器，能够检测调光器的存在、调光器类型并测量调光器相位，无闪烁调光范围达2%～100%。iW3610采用初级侧感测技术，无需次级反馈电路和环路补偿元件，并通过脉冲接脉冲的波形分析来实现LED恒流调节。iW3610在准谐振模式的操作，在无调光器时提供85%的效率。iW3610结合一个配合调光的斩波电路，再无调光器时的功率因数达0.9。iW3610全范围的保护功能，使系统具有高可靠特性。