隨著(zhù)大功率LED光源的大量使用，對LED驅動(dòng)器的技術(shù)要求是與日俱增。高壓大功率的LED驅動(dòng)能夠直接接至電網(wǎng)(85V-265V)。能夠提供100W的功率。這些驅動(dòng)通常提供大電流高電壓輸出并且都有較高的效率。同時(shí)提供各種保護以提高驅動(dòng)的可靠性。
基于A(yíng)X6066+A433 LED驅動(dòng)電路設計
AX6066是一個(gè)輸出功率在12瓦到65瓦之間，具有原邊反饋的轉換器。AX6066適用于A(yíng)C/DC電源的應用，可以滿(mǎn)足無(wú)負載情況下交流線(xiàn)需要低功耗并且具有高的平均工作效率的應用要求。該芯片可以控制轉換器工作在不連續的狀態(tài)模式。不連續工作模式提供一個(gè)獨特的安全電流限制功能，對交流線(xiàn)上的信號抖動(dòng)也是不敏感的。峰值電流調制模式不需要進(jìn)行斜率補償。
AX6066通過(guò)驅動(dòng)外部的高壓功率管的源極來(lái)實(shí)現工作的。這種結構叫做共基、共射(源級)驅動(dòng)。它突出了快速啟動(dòng)以及在無(wú)負載的情況下確�？刂菩酒贿B接高壓的兩大優(yōu)點(diǎn)。對于帶有反饋回掃結構的轉換器的正常工作是沒(méi)有影響的。
反饋管腳接受的是電流而不是電壓。在無(wú)負載的工作狀態(tài)，這種設計可以通過(guò)避免外部電阻由電流到電壓的能量消耗，使原邊的功耗最小化。
在恒定峰值電流，變化關(guān)斷時(shí)間調制的情況下，AX6066在峰值功率和22%的峰值功率之間，平均效率是最高的。AX6066內部調制趨向于使其功率恒定在22%和100%的峰值負載之間，消除了設計難題，使轉換器的平均效率達到能源星級指標。
共基、共射極偏置和啟動(dòng)
AX6066用一種共基、共射驅動(dòng)和偏置來(lái)控制高壓功率管，并在啟動(dòng)時(shí)提供初始的偏置。這種共基、共射結構通過(guò)低壓控制連接在地和高壓功率管源極間的開(kāi)關(guān)實(shí)現一種通用的柵控。有以下關(guān)鍵點(diǎn)需要注意：
1. 外部高壓功率管的柵極要加直流電壓。
2. 外部的高壓功率管是通過(guò)源極驅動(dòng)，而不是柵極。
3. 初始線(xiàn)圈的全部電流都要通過(guò)內部的低壓驅動(dòng)管。
AX6066使90mΩ的低壓開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應晶體管和所有相關(guān)聯(lián)的電流感應和驅動(dòng)成為一體。外部的高壓功率管被強制跟隨內部快速的低壓驅動(dòng)管。外部高壓驅動(dòng)管的漏和柵不會(huì )影響關(guān)斷的速度，因為柵端是和一個(gè)獨立的直流電源相連接的。這種共基，共射的結構使外部的高壓功率管可以快速的關(guān)斷，場(chǎng)效應晶體管開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗也會(huì )被降低。
反饋功能
AX6066的調制和工作模式是由芯片接受到的FB管腳上的電流控制的。FB管腳通常被用來(lái)反饋輸出誤差信號給芯片內部的調制器。AX6066通過(guò)內部的電流鏡接受FB管腳反饋的電流給內部的反饋處理模塊，然后再到頻率調制和電流調制模塊。FB管腳上的電壓恒定為0.7V。在晶體管的發(fā)射極必須要有一個(gè)輸出耦合電容來(lái)濾去交流線(xiàn)上的噪聲。這個(gè)濾波器的截止角頻率至少是轉換器最大開(kāi)關(guān)頻率的10倍。在FB和GND之間需要一個(gè)100KΩ的電阻，來(lái)消除轉換器過(guò)載復位時(shí)的反向電流流向FB管腳的噪聲影響。較小的電流傳輸比例的光耦反饋結構比較大電流傳輸比例依靠次級線(xiàn)圈的反饋結構的無(wú)負載工作狀態(tài)更好。
調制模式
在正常的工作模式下，FB管腳的反饋電流控制著(zhù)AX6066的工作模式。FB反饋電流控制著(zhù)轉換器有三種工作模式：頻率調制模式，幅度調制，綠色調制。
轉換器工作在頻率調制時(shí)有較大的功率負載(22%到100%的峰值額定功率)。高壓功率管的峰值電流會(huì )達到它的最大的可編程的值，FB反饋電流通過(guò)改變開(kāi)關(guān)的工作頻率來(lái)調節輸出電壓，開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)的導通時(shí)間是成反比的。開(kāi)關(guān)頻率被調制的范圍是從30kHz(22%的峰值額定功率)到133kHz(100%的峰值額定功率)，定時(shí)時(shí)間是恒定的，額定電流IDRV也是恒定的。最大可編程的高壓功率管的電流IDRV，PK(max)是由連接在CL管腳上的電阻決定的。
轉換器工作在調幅模式時(shí)處在中等功率水平(2.5%到22%的峰值額定功率)。FB管腳的反饋電流通過(guò)調制高壓功率管的額定電流從33%到100%的最大可編程電流值來(lái)調節輸出電壓，此時(shí)開(kāi)關(guān)的工作頻率被固定在30KHz左右。AX6066調制CL管腳上的電壓從3V到1V來(lái)改變控制峰值電流。
轉換器工作在綠色模式時(shí)處在一個(gè)低負載狀態(tài)(0%到2.5%的峰值額定功率)。FB反饋電流通過(guò)使用FB的電流產(chǎn)生一個(gè)特殊的觸發(fā)脈沖來(lái)調制輸出電壓。此時(shí)高壓功率管的峰值電流是最大可編程電流值的33%。包含一個(gè)觸發(fā)脈沖的開(kāi)關(guān)頻率大約是30kHz。觸發(fā)的持續過(guò)程是由電源的抑制力和FB端口的反饋來(lái)調制的。AX6066通過(guò)減小觸發(fā)過(guò)程中內部的偏置功耗來(lái)保持低負載和無(wú)負載情況下的能量守恒。
初級電流檢測
AX6066用電流鏡技術(shù)來(lái)檢測電流調制器上的初始電流。所有初級線(xiàn)圈的電流都是通過(guò)DRV管腳的，并通過(guò)驅動(dòng)功率管和外部的地相連。驅動(dòng)功率管上的電流是成比例的鏡像得到的，并通過(guò)一個(gè)和CL電流作比較的PWM比較器的輸出來(lái)控制。在每個(gè)開(kāi)關(guān)循環(huán)周期的開(kāi)始階段，會(huì )產(chǎn)生一個(gè)大約220ns的關(guān)斷脈沖T給內部的電流限幅模塊,允許驅動(dòng)管在主要的邊沿沒(méi)有錯誤觸發(fā)限制的情況下打開(kāi)，常規的電容器泄放電流在這個(gè)電路結構里也會(huì )出現的。
過(guò)零檢測
為了能夠開(kāi)啟下一個(gè)開(kāi)關(guān)循環(huán)周期，該調制需要滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：
1. 前一個(gè)開(kāi)關(guān)導通邊沿時(shí)間必須等于或大于由反饋電流 決定的內部反饋模塊的處理時(shí)間。
2. 前一個(gè)開(kāi)關(guān)導通邊沿時(shí)間必須要比AX6066的內部最小的開(kāi)關(guān)周期長(cháng)(通常情況下這個(gè)周期是7.5us，對應的頻率是133kHz)。
3. 快速的跟隨由高到低的ZCD過(guò)零電壓。調制時(shí)間還要大于上一個(gè)過(guò)零檢測起到下一個(gè)過(guò)零檢測的等待時(shí)間。
每個(gè)開(kāi)關(guān)周期都至少領(lǐng)先一個(gè)ZCD管腳上的零檢測。如果開(kāi)關(guān)周期需要超出阻尼振動(dòng)的限制，該調制在調制脈沖之間允許阻尼振動(dòng)，在無(wú)負載的工作條件下，在調制脈沖之間允許長(cháng)時(shí)間的停頓。
開(kāi)關(guān)工作頻率一般情況下不能超過(guò)133KHz。為了使超過(guò)最小線(xiàn)電壓的bulk電壓保持一個(gè)常量，AX6066會(huì )通過(guò)開(kāi)關(guān)頻率的控制來(lái)限制最大的功率。
AX6066控制電感上的電流始終保持是不連續的。這種設計會(huì )防止啟動(dòng)或短路情況下的電流拖尾，并且利于對最大功率的控制。
零電流檢測的電壓來(lái)自于輔助線(xiàn)圈上經(jīng)過(guò)電阻分壓的電壓，如下圖一所示。輔助線(xiàn)圈上電壓的相位和次級輸出線(xiàn)圈的電壓的相位是一致的。ZCD檢測的作用是檢測變壓器的去磁，當ZCD的電壓由高到低變化時(shí)會(huì )有個(gè)20mV的ZCD閾值電壓。ZCD管腳的電壓在芯片內部會(huì )被鉗制在一個(gè)-160mV的漂移電壓。一個(gè)50ns到200ns的延時(shí)，可以通過(guò)增加連接在ZCD端口的電容CZCD得到，該延時(shí)可以使初級線(xiàn)圈的開(kāi)關(guān)和初始線(xiàn)圈的電壓波形的波谷保持一致。
圖一：零電流檢測功能框圖
轉換器最大功率限度
在基于常規的AC線(xiàn)轉換器應用時(shí)，AX6066推薦的峰值功率是12W到65W，外部的高壓功率管的額定電壓是600V。功率范圍取決于應用和外部高壓管的耐壓。最終，初始線(xiàn)圈的峰值電流是要受到限制的，因為該電流必須要通過(guò)AX6066。對峰值電流的限制也就限制了初始線(xiàn)圈的額定峰值功率。峰值功率必須要小于65W,而不是平均功率。峰值功率被定義為AX6066在調制狀態(tài)下的最大功率。
用戶(hù)可以編程控制AX2029的初始線(xiàn)圈的電感，峰值電流，最大開(kāi)關(guān)工作頻率，來(lái)得到所有推薦功率范圍以?xún)鹊墓β�。最大輸入功率的公式以下�?huì )給出。
對規律限度精度的影響，IDRV(PK)的誤差靈敏度是LM和fS(max)誤差靈敏度的兩倍。如果負載需要比可編程功率范圍更大的功率，輸出電壓會(huì )下降，過(guò)載定時(shí)會(huì )重新開(kāi)始初始化。
最大定時(shí)和浪涌
AX6066的不連續工作模式在電壓較低的情況下會(huì )提供一個(gè)過(guò)流保護。AX6066允許用戶(hù)對最大定時(shí)時(shí)間編程，從而提供更多的保護。
在交流線(xiàn)電壓下降的情況下，如果負載是足夠大，最大定時(shí)作用會(huì )使轉換器像有個(gè)過(guò)載狀態(tài)時(shí)一樣起作用。在交流線(xiàn)電壓下降時(shí)，MOT的作用是限制初始線(xiàn)圈開(kāi)關(guān)的定時(shí)時(shí)間，該開(kāi)關(guān)在初級線(xiàn)圈功率等級范圍內決定著(zhù)峰值電流。MOT對地所接電阻的范圍決定AX6066對持續過(guò)載錯誤的響應的類(lèi)型，是鎖定還是關(guān)斷重啟，這和AC線(xiàn)上電壓下降及浪涌是相同的。
用MOT管腳實(shí)現外部關(guān)斷
許多應用情況下都要求通過(guò)外部的方法來(lái)實(shí)現對電源的關(guān)斷。該功能可以通過(guò)短接位于MOT和GND之間的NPN晶體三極管來(lái)實(shí)現。對于實(shí)際的隔離應用來(lái)說(shuō)，這個(gè)NPN型的三極管是獨立的光耦三極管。
對于過(guò)流或浪涌情況下的的鎖定響應來(lái)說(shuō)，
在這里，
對于過(guò)流或浪涌情況下的關(guān)斷重啟響應來(lái)說(shuō)，
在這里，
過(guò)壓檢測
AX6066通過(guò)采樣輔助線(xiàn)圈上的電壓來(lái)對輸出電壓進(jìn)行監測。在內部的驅動(dòng)管關(guān)斷以后，采樣的時(shí)間 被固定有1us的延時(shí)。這允許輔助線(xiàn)圈上的電壓在每一個(gè)下限的瞬態(tài)被采樣。這個(gè)相同的延時(shí)用來(lái)鎖定ZCD的輸入以避免無(wú)意識的過(guò)零檢測，振鈴效應要是足夠的大會(huì )穿過(guò)過(guò)零檢測的閾值。
輸出過(guò)壓的閾值通過(guò)輔助線(xiàn)圈和次級輸出線(xiàn)圈之間的轉換比率和ZCD管腳上的分壓電阻來(lái)來(lái)設定。如果AX6066檢測到過(guò)壓狀態(tài)時(shí)，芯片將會(huì )一直進(jìn)入到鎖定的狀態(tài)。為了能夠重新恢復啟動(dòng)，AX6066的VDD電壓必須要重新上電。
次級恒流采樣
A433是三端可編程并聯(lián)穩壓二極管，通過(guò)2個(gè)外部的電阻可從VERF編程至36V。灌電流能力1mA~50mA，采用低壓基準196mV�？煽康娜秶鷾囟认禂�。
其應用優(yōu)點(diǎn)：
1.元器件個(gè)數少,電路更優(yōu)化
2.焊接成本低
3.不需要大功率采樣電阻
4.恒流精度更易控制
5.配合優(yōu)良變壓器，電路整體效率提高
圖二：基于A(yíng)X6066+A433的18W應用電路圖
表一：基于A(yíng)X6066+A433的18W(38V,420MA)應用方案測試數據(第一款諧波小于10%的應用方案。)
本文小結
針對LED市場(chǎng)的日益發(fā)展，對驅動(dòng)電源的更高要求。AX6066以全新的設計理念，具備全電壓輸入，低反饋電壓，高PFC，寬輸出電壓電流范圍，高輸出功率，兼容調光，高效率，設計靈活，優(yōu)異的熱管理，高可靠性，容易獲得EMI/安規的認證的全面設計特點(diǎn)，更適用于LED照明驅動(dòng)電源的應用。
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