1、引言

LED在景觀(guān)照明、建筑裝飾照明和普通照明應用中，工頻市電（110V/60Hz、220V/50Hz）和太陽(yáng)能將是主流原始能源。就由交流市電電源供電的LED驅動(dòng)電路來(lái)說(shuō)，目前主要有兩種設計方案。一種方案是先利用工頻變壓器將AC電源降壓，再利用橋式整流和濾波電路實(shí)現AC-DC轉換，最后通過(guò)一個(gè)DC-DC恒流驅動(dòng)器為L(cháng)ED或LED陣列供電；另一種方案是采用開(kāi)關(guān)電源拓撲結構。這種方案是先利用橋式整流和濾波電路完成AC-DC轉換，再利用一個(gè)DC-DC開(kāi)關(guān)變換器輸出恒流來(lái)驅動(dòng)LED或LED陣列。傳統開(kāi)關(guān)電源的DC-DC開(kāi)關(guān)轉換器需使用一個(gè)高頻變壓器，目前一些LED驅動(dòng)器IC組成的DC-DC降壓式（buck）開(kāi)關(guān)變換器一般不使用高頻變壓器，而是使用一個(gè)電感器。由此可見(jiàn)，無(wú)論是采用哪一種方案，都需要使用橋式整流器、工頻或高頻變壓器或電感器。變壓器和電感器大而笨重，這對于LED照明電源的小型化和輕量化要求來(lái)說(shuō)是極為不利的。

Zywyn公司推出的世界首款全球通用AC-DC恒流LED驅動(dòng)器ZD832，采用高度集成的線(xiàn)性結構體系，無(wú)需外加變壓器或電感器，也不需要外加橋式整流器，僅需用幾個(gè)元器，就可以在85~125VAC或180~240VAC的交流電源上操作，驅動(dòng)近百顆串聯(lián)在一起的低功率白光或RGB LED。ZD832的輸出電流達30mA，可由單個(gè)電阻來(lái)編程。其調光控制可以通過(guò)在引腳PWM上施加一個(gè)帶變化占空比的PWM信號或在引腳ISET上施加一個(gè)模擬DC電壓來(lái)實(shí)現。ZD832含有過(guò)溫度和過(guò)電壓保護電路，十分堅固耐用，而且在應用中不存在EMI問(wèn)題。

2、ZD832引腳功能及其操作

2.1  ZD832引腳功能

為了正確使用ZD832，首先要了解其引腳功能。ZD832采用20引腳TSSPO無(wú)鉛綠色封裝，引腳排列如圖1所示。



ZD832各個(gè)引腳功能見(jiàn)表1。

表1  ZD832引腳功能



2.2  ZD832操作描述

2.2.1  輸入操作

（1）AC輸入電壓及其選擇

在ZD832引腳VAC+和VAC-上的AC輸入電壓范圍為85~240V_AC。當IC引腳VSEL連接到HVCC（16引腳）時(shí)，輸入電壓為85~125V_AC；當IC引腳VSEL懸空時(shí)，IC可以在180~240V_AC的電壓上操作。

（2）高壓DC輸入

當在IC的引腳VAC+和VAC-上沒(méi)有AC電壓施加時(shí)，在IC引腳HVCC上可以施加一個(gè)范圍為85~340V_DC的直流高壓來(lái)直接驅動(dòng)LED串。為減小可能出現的電壓紋波，在引腳HVCC上應連接一個(gè)1μF//400V_DC的電容到PGND端。

（3）調光信號輸入

1）LED PWM調光

在IC引腳PWM上施加一個(gè)50Hz~5KHz的輸入PWM信號，可以對輸出上的LED串進(jìn)行調光，并且調光與PWM占空因數成正比，調光范圍從10%到90%。

當PWM信號在引腳PWM上為邏輯“0”時(shí)，IC則進(jìn)入關(guān)閉模式；當PWM信號為邏輯“1”（≥2V）時(shí)，IC則完全開(kāi)通。邏輯低電平電壓典型值是0.2V。

2）模擬電壓調光

用一個(gè)0~1.25的DC電壓通過(guò)一個(gè)電阻R_SET加至IC的引腳I_SET，可以調節LED的電流，實(shí)現線(xiàn)性模擬調光。如圖2所示。當DC電壓為0V時(shí)，相當于R_SET接地，LED電流在R_SET的設置值上，亮度最大（100%）。隨DC電壓從0V逐漸增加到1.25V，LED電流則相應減小，亮度從強到弱變化。



2.2.2  輸出操作

（1）整流DC高壓輸出

在ZD832引腳HVCC上的DC輸出電壓范圍為85~340V_DC，可以驅動(dòng)幾十個(gè)乃至百多個(gè)串聯(lián)在一起的LED。為減小IC引腳HVCC上整流輸出電壓紋波，在引腳HVCC上應連接一個(gè)至少是10μF的退耦電容到PGND端。IC輸出平均DC電壓V_HVCC值與AC輸入電壓、輸出電容C_OUT和LED電流I_LED值有關(guān)，圖3所示為在220V_AC輸入和不同輸入電容C_OUT及I_LED時(shí)的V_HVCC值。



（2）LED電流設置

LED電流I_LED由IC引腳ISET上與PGND之間連接的單個(gè)電阻R_SET來(lái)設置，計算公式為：

I_LEG=2200V/R_SET

R_SET的取值范圍為73kΩ，故I_LED值范圍為3~30mA。LED電流I_LED與設置電阻R_SET之間的關(guān)系如圖4所示。



（3）IC引腳V_OUT上的限制電阻R_EXT

IC引腳V_OUT上的電壓范圍一般為3~30V，LED串通常連接在IC引腳HVCC與V_OUT之間，LED電流從引腳V_OUT灌入。為防止IC內部功率晶體管功率耗散過(guò)大，并保持V_OUT<30V，在很多情況下需要在IC引腳V_OUT外部連接一個(gè)限制電阻R_EXT（見(jiàn)圖5和圖6等）。




若串聯(lián)LED數量為n，每個(gè)LED的正向電壓降是V_F，IC引腳HVCC上的DC輸出電壓為V_HVCC，引腳V_OUT上的電壓為V_OUT（設置其≥7V），R_EXT值則為：

R_EXT=（V_HVCC-n?V_F-V_OUT）/I_LED

R_EXT的額定功率為：P_REXT=（I_LED）2?R_EXT

設V_F=3.3V（@I_LED=30mA），C_OUT=10μF，在不同AC輸入電壓時(shí)的設計數據如表2所示。

表2   不同AC輸入電壓時(shí)的相關(guān)設計數據



3、ZD832驅動(dòng)LED串的電路實(shí)例

3.1  輸出30mA的電流驅動(dòng)V_F為3.3V的LED組成的LED串電路

3.3.1  輸入110V_AC±3%驅動(dòng)35個(gè)LED串聯(lián)在一起的電路。

圖5所示為ZD832輸入110±3%驅動(dòng)35個(gè)LED串聯(lián)在一起的電路。在輸入端（引腳VAC+）上串聯(lián)的1kΩ/0.5W的NTC熱敏電阻，用作限制驅動(dòng)器在啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。當浪涌電流通過(guò)后進(jìn)入穩態(tài)操作時(shí)，熱敏電阻的電阻值因溫度升高降至約100Ω。根據熱敏電阻的熱敏特性，AC電源接通與關(guān)斷之間的持續時(shí)間應大于2~3S。由于A(yíng)C輸入電壓是110V_AC，IC引腳VSEL必須連接到HVCC。在IC引腳HVCC上的輸出DC電壓為133V_DC，引腳V_OUT上的限制電阻R_EXT被設置在270Ω。IC引腳V_OUT上的電壓為：

V_OUT=V_HVCC-35V_F-V_REXT=133V-35×3.3V-30mA×270Ω=9.4V


由于I_LED=30mA，R_SET值則為：

R_SET=2200V/30mA≈73kΩ

3.3.2  輸入220V_AC±2%驅動(dòng)78個(gè)LED串聯(lián)在一起的電路

一個(gè)220V_AC±3%的AC輸入電壓加在ZD832的VAC+和VAC-引腳，在引腳HVCC上將產(chǎn)生一個(gè)286V_DC的DC平均輸出，驅動(dòng)78個(gè)V_F=3.3V（@I_F=30mA）串聯(lián)在一起的LED。IC引腳VSEL懸空，將R_EXT設置在270Ω，R_SET=73kΩ。

3.3.3  220V_AC±2%輸入帶電容降壓驅動(dòng)40個(gè)LED電路

圖7為220V_AC±2%的AC輸入經(jīng)RC電路降壓驅動(dòng)40個(gè)串聯(lián)在一起的LED電路。連接在ZD832輸入引腳VAC-上的C_AC為降壓電容，R_AC為泄放電阻。在A(yíng)C電源關(guān)斷后，R_AC為C_AC放電提供通路。220V_AC±2%的AC電壓約110V_AC，因此IC引腳VSEL必須連接到HVCC。在IC引腳HVCC上的平均輸出DC電壓約150V_DC，驅動(dòng)40個(gè)V_F=3.3V的LED，不必附加限制電阻。



3.3.4  180~240V_AC輸入驅動(dòng)65個(gè)LED電路

ZD832輸入180~240V_AC驅動(dòng)由V_F=3.3V（@30mA）的65個(gè)LED組成的LED串的電路如圖8所示。IC引腳HVCC上的平均輸出電壓V_HVCC=227~310V_DC，經(jīng)齊納（穩壓）二極管D_Z、電阻R1和晶體管Q組成的線(xiàn)性穩壓器調節后，輸出電壓為V_O。當V_HVCC=220V_DC時(shí)，V_O=219~230V_DC。由于V_OUT≤18V，故不必附加限制電阻。220V的齊納二極管可選用3W的BZG03-C220-TR，NPN晶體管Q的BV_CEO≥300V，I_CM=1A，如2N3439、NTE157/NTE396等。



3.2  輸出30mA驅動(dòng)兩串90個(gè)V_F=3.15V（@15mA）LED電路

圖9所示電路的AC輸入電壓范圍為180~240V_AC，經(jīng)R_AC與C_AC降壓網(wǎng)絡(luò )后施加到ZD832的VAC+和VAC-端，在IC引腳HVCC上的平均輸出電壓V_HVCC=160~220V_DC，輸出電流由73kΩ的R_SET設置在30mA（±6%）。當V_HVCC為150V_DC時(shí)，通過(guò)150V的齊納二極管和雙極晶體管Q，開(kāi)始將V_O調節到150~160V_DC。90個(gè)3.15V的LED分成兩串，每串含有45個(gè)LED，通過(guò)LED的電流為15mA。齊納二極管選用150V/3W的BZG03-C150-TR，Q可選用300V、1A的NTE157。



3.3  兩個(gè)ZD832并聯(lián)輸出8W驅動(dòng)66個(gè)3.16V（@40mA）LED電路

兩個(gè)ZD832可以并聯(lián)應用，如圖2所示。每個(gè)ZD832的R_SET=110kΩ，輸出電流為2200V/110Kω=20mA，兩個(gè)ZD832并聯(lián)后輸出總電流為40mA。AC輸入電壓范圍為200~240V_AC，所驅動(dòng)的LED串含有Custom公司生產(chǎn)的66個(gè)V_F=3.16V（@40mA）的LED。

在圖10中，若在兩個(gè)ZD832的引腳VAC-上加一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò )（見(jiàn)圖7和圖9，R_AC=470KΩ，C_AC=1.5μF），選擇R_SET=73kΩ，IC引腳VSEL連接HVCC，并選用150V的齊納二極管，在輸入200~240VAC時(shí)，則可以驅動(dòng)42個(gè)V_F=3.16V（@60mA）串聯(lián)在一起的LED。


由于ZD832在85~125V_AC或180~240V_AC的供電線(xiàn)路上操作，可以驅動(dòng)3~30mA（并聯(lián)輸出達60mA）的幾十個(gè)乃至百余個(gè)串聯(lián)在一起的LED，故在普通照明、景觀(guān)照明、建筑裝飾照明、大屏幕顯示背光照明等方面有著(zhù)廣泛的應用。ZD832可以驅動(dòng)各種形狀因數（form-factor）的LED燈泡，如圖11所示。


4、結束語(yǔ)

ZD832高壓AC-DC恒流驅動(dòng)器能夠在85~240V_AC國際通用AC線(xiàn)路上操作，僅利用其引腳VSEL來(lái)選擇85~125V_AC或180~240V_AC輸入電壓。ZD832在非并聯(lián)應用時(shí)最大可編程輸出恒流為30mA，可以驅動(dòng)幾十顆乃至超過(guò)100顆相串聯(lián)的白光LED或RGB LED。利用帶變化占空比的PWM信號或模擬DC電壓可以獲得調光控制，改變LED陣列亮度。ZD832還含有過(guò)熱和過(guò)電壓保護電路，保護內部功率晶體管免遭損壞。ZD832的一個(gè)重要特點(diǎn)是僅需用幾個(gè)元件，而且不需用變壓器和電感器，也不必外加整流器，就這方面來(lái)說(shuō)在目前是舉世無(wú)雙的。

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