基于A(yíng)C／DC數字電源控制器iW3610的可調光LED驅動(dòng)設計

普通照明用LED驅動(dòng)電源一般都采用基于PWM控制器的反激式變換器電路拓撲。這種解決方案雖然結構簡(jiǎn)單，但一般不能利用傳統白熾燈用三端雙向晶閘管(TRIAC)調光器對LED進(jìn)行調光，這是因為白熾燈是一種純電阻性負載，而AC/DC電源系統與白熾燈的情況完全不同。用iW3610型AC/DC數字電源控制器構建反激式LED驅動(dòng)器，可以與所有類(lèi)型的調光器兼容操作，調光范圍達2%～10%，并且無(wú)閃爍現象發(fā)生，在無(wú)調光器時(shí)的功率因數達0.9，系數效率達85%。

1 iW3610的結構與特點(diǎn)

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(dòng)和輸入電壓檢測電路、反饋信號調節電路、A/D轉換器、D/A轉換器、調光器檢測與相位測量電路、恒流控制電路、過(guò)電流保護比較器、峰值電流限制比較器、斬波(chopping)電路MOSFFT柵極驅動(dòng)器以上主電源中MOSFET柵極驅動(dòng)器等，如圖2所示。

iW3610各個(gè)引腳功能如下所述。

引腳1(OUTPUT(TR))：斬波電路MOSFFT開(kāi)關(guān)柵極驅動(dòng)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)行調節。

引腳3(VIN)：整流輸出電壓檢測信號輸入，用于調光器相位檢測、輸入欠電壓/過(guò)電壓保護，在啟動(dòng)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，應當連接一個(gè)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(kāi)關(guān)柵極驅動(dòng)輸出。

引腳8(VCC)：控制器電源，啟動(dòng)閥值是12V，欠電壓關(guān)閉門(mén)限電平為7.5V。

iW3610采用數字控制技術(shù)，具有包括：斬波電路，其作用是提高功率因數，為調光器提供動(dòng)態(tài)阻抗;隔離反激式電路拓撲，提供低成本解決方案，允許利用傳統白熾燈調光器對LED進(jìn)行調光。iW3610能夠對墻上調光器類(lèi)型進(jìn)仃檢測和對相位進(jìn)行測量。iW3610在谷值模式開(kāi)關(guān)，在無(wú)調光器時(shí)的效率可達85%。iW3610采用初級側反饋恒流控制技術(shù)，獲得容差±5%的LED電流調節。

2 基于iW3610的可調光LED驅動(dòng)電源

采用iW3610的可調光LED驅動(dòng)電源電路如圖3所示。適當選擇電路中元件，輸出功率可達45W。

2.1 電路組成

圖3所示的電路主要由以卜四個(gè)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(lái)阻尼LC諧振振蕩。

二是橋式鎮流器。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，用作為調光器提供動(dòng)態(tài)阻抗。

四是反激式變換器。U1、VT1、變換器T1等構成反激式轉換器。T1初級繞組上的R8、C5和VD4，組成RCD型初級鉗位電容。T1次級側上的VD6和C7組成輸出整流濾波電路，R14為預負載，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(shí)提供輸出反饋，消除了次級側上的感測與光電耦合反饋電路。

調光器串接在A(yíng)C線(xiàn)路輸入相線(xiàn)L上。U1能夠檢測調光器類(lèi)型(如前沿調光器、后沿調光器等)，并檢測調光器相位。當U1檢測到調光器不存在時(shí)，電路照樣可以操作，而且具有高功率因數。

2.2 電路工作原理

(1)電路啟動(dòng)

接通AC電源后，整流后的DC高壓經(jīng)電阻R3、R4和U1內部連接在引腳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(guò)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(kāi)始時(shí)的前3個(gè)AC半周期期間，U1引腳OUTPUT (TR)保持高電平，VT2導通。在調光器類(lèi)型和AC線(xiàn)路周期被檢測后，恒流電路使能，輸出電壓開(kāi)始上升。當輸出電壓高于LED串上的總正向電壓時(shí)，U1開(kāi)始在恒流模式操作。

在U1啟動(dòng)后，U1引腳VCC則由偏置電源供電。

(2)調光器檢測與相位測量

調光器檢測與調光器相位測量通過(guò)電阻R3、R4和U1引腳VIN內部電路來(lái)實(shí)現。

調光器檢測分兩步：第一步是確定調光器是否存存：第二步是在檢測到調光器存在的情況下確定調光器的類(lèi)型(是前沿調光器還是后沿調光器)。調光器檢測發(fā)生在系統啟動(dòng)后的第三個(gè)周期。當U1引腳③上的電壓VIN0.1V的時(shí)間不超過(guò)600us時(shí)，U1則確定調光器未接入，U1將調光器類(lèi)型設置在“無(wú)調光器”。如果VIN0.1V的時(shí)間超過(guò)600us，U1則確定調光器的存在。如果調光器存在，U1將探測調光器類(lèi)型。在調光器檢測期間，U1引腳①輸出高電平，斬波電路中的MOSFET(VT2)導通，從而為調光器產(chǎn)生一個(gè)純電阻性負載。

在發(fā)現調光器出現的第二個(gè)周期中檢測VIN周期并鎖定備用。當VIN超過(guò)0.1V并計數輸入電壓采樣時(shí)，開(kāi)始測量調光器相位。如果可控硅導通時(shí)間為ton，調光周期是t，調光器相位則為ton/t。調光器中可控硅的導通角越大，電源輸出功率也就越大，LED則越亮;反之，調光器導通角越小，LED亮度也就越暗。

(3)斬波電路

斬波電路的作用是為調光器提供動(dòng)態(tài)阻抗，并為反激式轉換器建立能量。VD2在電路C4上的電壓Vc4低于輸入電壓時(shí)為充電C4提供通路，當TRIAC的觸發(fā)時(shí)可以減少浪涌電流。在斬波周期期間，當VT2導通時(shí)，L3導通時(shí)，L3存儲能量;當VT2關(guān)斷時(shí)，L3釋放能量，使VD3導通。

L3、VT2、VD3和C4等組成的電路與常規功率因數校正(PFC)升壓變換器類(lèi)似。在不接入調光器時(shí)，通過(guò)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。

圖4為斬波電路相關(guān)波形。

(4)初級側反饋與恒定LED電流操作

iW3610采用初級側反饋，無(wú)需次級側感測和光耦合器。T1輔助繞組(匝數為NAUX)上的電壓VAUX是輸出電壓發(fā)射的結果。VD6上的正向壓降僅約0.5V，若忽略這個(gè)正向壓降，當T1次級繞組匝數為Ns時(shí)，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)內部恒流控制電路將輸出電流調節到一個(gè)恒定電平上，而不管輸出電壓與否。

初級側電流通過(guò)VT1源極電阻R13檢測，以執行峰值電流限制(PCL)和過(guò)電流保護(OCP)。

(5)谷值模式開(kāi)關(guān)

在恒流輸出操作期間，U1采用谷值模式開(kāi)關(guān)，即VT1在漏一源極諧振電壓最低點(diǎn)上開(kāi)關(guān)，因此具有最小的開(kāi)關(guān)損耗和EMI。

(6)LED溫度漂移補償

U1引腳VT外部連接一個(gè)NTC熱敏電阻RNTC，為L(cháng)ED提供溫度漂移補償。RNTC能夠感測到LED溫度。當溫度較高時(shí)，U1可使LED變暗。如果LED溫度達到限制閥值，U1將關(guān)斷。

3 結束語(yǔ)

iW3610是一種采用先進(jìn)的數控技術(shù)的反激式電源控制器?；趇W3610的可調光LED驅動(dòng)器，能夠檢測調光器的存在、調光器類(lèi)型并測量調光器相位，無(wú)閃爍調光范圍達2%～100%。iW3610采用初級側感測技術(shù)，無(wú)需次級反饋電路和環(huán)路補償元件，并通過(guò)脈沖接脈沖的波形分析來(lái)實(shí)現LED恒流調節。iW3610在準諧振模式的操作，在無(wú)調光器時(shí)提供85%的效率。iW3610結合一個(gè)配合調光的斬波電路，再無(wú)調光器時(shí)的功率因數達0.9。iW3610全范圍的保護功能，使系統具有高可靠特性。