传统调光器实现LED调光

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1、基于控制器LM3445带三端可控硅调光器的离线式LED驱动 于控制器LM3445带三端发布:2011-09-07 |作者：|来源：luoshili |查看:616次|用户关注：0引言基于控制器IC的可调光LED驱动器通常采用的调光方式有两种，即数字 PWM调光和模拟DC电压调光。基于相位控制的TRIAC传统白炽灯和卤素灯调光 器若用于LED的调光控制，会产生100Hz或120Hz的闪烁，而且调光范围非常窄。 最近美国国家半导体(NS)公司推出一种带有TRIAC调光译码器的离线式AC / DC 降压(buck)恒流LED控制器LM3445，允许利用标准TRIAC调光器对LED进行宽 范围的平稳无

2、闪烁调光，打破了传统TRIAC调光器应用与LED节能照明的一个 0引言基于控制器IC的可调光LED驱动器通常采用的调光方式有两种，即数字PWM调 光和模拟DC电压调光。基于相位控制的TRIAC传统白炽灯和卤素灯调光器若用 于LED的调光控制，会产生100Hz或120Hz的闪烁，而且调光范围非常窄。最近 美国国家半导体(NS)公司推出一种带有TRIAC调光译码器的离线式AC / DC降压 (buck)恒流LED控制器LM3445，允许利用标准TRIAC调光器对LED进行宽范围 的平稳无闪烁调光，打破了传统TRIAC调光器应用与LED节能照明的一个瓶颈。l LM3445的主要特点LM3445与先前

3、的同类离线式AC / DC降压恒流LED驱动器IC比较，其主要特点 是在芯片上设计了 TRIAC调光译码器电路，能传感AC线路TRIAC调光波形，并 将其转换成控制LED电流的调光信号，几乎能在从0%到100%的调光范围内实 现无闪烁LED亮度调控。LM3445的其它特征主要有：(1) AC输入电压范围为80270V，适用于国际通用AC线路；能够控制大于1A的LED电流；适合配置无源(被动式)功率因数校正(PFC)电路，满足能源之星固态照明(SSL) 商业应用要求；(4) 支持主/从控制功能的多芯片解决方案，使用一个TRIAC调光器和一个主LM3445，便能控制多个基于LM3445的从属降压变

4、换器驱动的多串LED；(5) 提供VCC欠锁定、门限是165C的热关闭保护和电流限制；(6) 固定关断时间可编程，开关频率可调节；(7) 采用10引脚MSOP封装，结温范围为一 40C+125C。2基于LM3445的TRIAC调光离线LED驱动电路1) 基本电路LM3445的内部结构及由其组成的TRIAC调光离线式LED驱动电路如图l所示。 这种ACDC恒流LED驱动电路主要含有五个部分，即TRIAC调光器、桥式整流 器BR1、整流线路电压检测及调光译码器电路、无源功率因数校正(PFC)电路和 降压(buck)式DC/DC变换器电路，整个系统的核心是LM3445。2) 电路工作原理(1)TRI

5、AC调光器在图1中，串联在桥式整流器BR1输入端的TRIAC调光器采用传统基于相位控制 的电路，如图2所示。R1、R2和C1值决定C1上电压达到双向触发二极管（DIAC） 触发电压（约32V）之前的延迟时间。对于负载是白炽灯时，R1值减小，TRIAC的 导通延迟缩短，导通角增加，灯亮度则增强；反之，若R1值增加，TRIAC导通 角将减小，灯光则变暗。在图1中，TRIAC调光器被串接在AC线路输入端，通过LM3445的调光译码器电 路，可以控制LED串的电流，实现亮度调控。（2）TRIAC调光译码电路TRIAC调光译码电路由整流线路电压感测电路、TRIAC导通角检测电路和调光译 码器电路三部分组

6、成（见图1）。 线路电压感测位于桥式整流器之后的R1、15V的齐纳二极管VD1和VT1组成一个串联通路整流 器，将整流的线路电压转换为一个适当的电平被IC（LM3445）的引脚BLDR感测。 由于VT1源极未连接电容器，当线路电压降至15V以下时，允许IC引脚BLDR 上的电压随整流电压升高和降低。R5的作用有两个：一是用作泄放IC引脚BLDR 节点寄生电容的电荷；二是在小电流输出上操作时，为调光器提供所需要的保持 电流。二极管（肖特基型）VD2和电容C5的作用是，当IC引脚BLDR上的电压变低时， 维持IC引脚VCC上的电压，使IC能够正常操作。 角度检测和调光译码器TRIAC导通角检测电路

7、利用一个门限为7. 2V的比较器监视IC引脚BLDR来确定 TRIAC是导通或者关断。比较器输出经4μs的延迟线控制一个泄放电路并驱 动一个缓冲器。缓冲器输出（引脚ASNS）摆幅被限制在04V，经R1和C3组成的 低通滤波器滤波，通过IC引脚FLTRl输入到斜坡比较器（反相端），与斜坡产生 器产生的5. 88kHz、l3V的锯齿波相比较，斜坡比较器输出驱动引脚DIM和一 个N沟道MOSFET。MOSFET漏极上的信号经内部370kQ和IC引脚FLTR2上的电 容C4组成的（第二个）低通滤波器滤波，输至内部PWM比较器。调光译码器输出 一个幅度从0750mV变化的DC电压，相应的调光器占空

8、比是从25%到75%变化， TRIAC导通角范围从45C到135C，从而直接控制LED的峰值电流，获得几乎从 0%到100%的调光范围。（3）无源PFC电路电容C7和C9以及二极管VD4、VD8、VD9组成部分滤波填谷式无源（即被动式）PFC 电路。用其替代一个传统大容量滤波电容器，可以改善线路功率因数。电容 C10（10nF）在C7和C9充电时，可以衰减电压纹波。无源PFC电路输出电压Ubuck， 作为降压变换器的DC总线电压。在没有TRIAC调光器接入的情况下，当AC线路电压高于其峰值的1/2时，VD3 和VD8导通，VD4和VD9截止，电容C7和C9以串联方式被充电，并且电流会流 入负载

9、。当AC线路电压低于其峰值的l/2时，VD3和VD8反向偏置，而VD4和 VD9正向偏置，C7和C9以并联方式放电，电流流入负载。图3所示为不带TRIAC 调光器时AC线路电压UAC、整流电压UBR1和PFC电路输出电压Ubuck波形。由 图3可知，虽然Ubuck波形很不平滑，但在AC线路半周期内的电流导通角达 120（即从30。到150），线路功率因数达0. 9以上。而只用单个大容量电容 滤波虽然能获得比较平滑的DC电压，但电流流动角仅约60 （即从60。到20），路功率因数不超过0. 6。图4 加入TRIAC调光器时相关电压波形加入TRIAC调光器时的相关电压波形如图4所示，其中0为TRI

10、AC的导通角。(4) DCDC降压变换器控制器LM3445、功率MOSFET(VT2)、电感器L2、二极管VD10、电阻R3和电容 C12等，组成开关型DCDC降压变换器，用来驱动LED串。当LM3445引脚GATE上的PWM信号驱动VT2导通时，通过L2和LED串的电流线 性增加，并被R3感测。当R3上的电压等于在IC引脚FLTR2上的参考电压时， VT2则关断，L2释放储能，VD10导通，电流通过LED串和L2，并从其峰值线性 减小。C12用作消除大部分电感L2的纹波电流，R4、C11和VT3为设置固定关断 时间提供一个线性电流斜坡信号。3主要参数与元件值的计算LM3445可以在80270

11、VAC的通用AC线路上工作，现设输入电压范围是90 135VAC，开关频率fsw=250kHz，变换器效率q 80%，LED正向压降UF=3. 6V， 通过LED串的平均电流ILED=400mA，串联LED的数量n=7, LED串的总电压降则 为ULED=nUF=7X3. 6V=25. 2V。因篇幅所限，在此我们仅重点介绍无源PFC电 路和降压变换器中主要元件的选择。1)填谷式无源PFC电路元件的选择在没有TRIAC调光时，填谷式电路电压Ubuck波形如图5所示。对于60Hz的线 路频率，半周期时间是8. 33ms。AC电压在30和150 上的值为峰值的1 / 2, 保持时间tx为半周期的1/

12、3，即8.33msX(1/3)=2. 78ms。在90VAC的低线 路电压上，Ubuck最小值为：5)V X 2)2 6，C7和C9的总电容量C可根据公式i=C(dU / dt)来计算。在电容中的电流为4U0mA)/64V= 157,5mA设在低线路电压和满载时的Ubuck降落dU=15V，由于dt=2. 78ms，因此C7和 C9 并联电容值为 C=idt/dU=157.5mAX2. 78ms / 15V=29p F 可以选择 C7=C9=22p F。由于Ubuck的最大值为I 35打卜)() J和C9的额定电压 选择200V是允许的。二极管VD4、VD8和VD9可选用200V、1A的RF0

13、7lM2S或等 同器件。图5 不带TRIAC调光时的电压靖驰波形VD3选用与VD4、VD8、VD9相同的二极管，C10选用10nF / 250V的薄膜电容器。 2）降压式变换器元件选择有些元件值的计算都与变换器关断时间tOFF有关。降压变换器在理想情况下的 占空因数可表示为：buck qn+off考虑到变换器效率n,占空比D为：D =（2）BUCK由（1）式得到：w=F =尹(3)f0N OFF将式（2）代入式（3）得:式中：n =8。，ULED=25.2V, fSW=250kHz。在110VAC输入电压上，填谷式电路 的电压根据式(4)可得：t7RI(rK = I IOVx V2 = 155

14、Vor*k.通过 R4 的电流 ICOLL 在 50p A 与 100. A 之间，选择 ICOLL=70p A, R4=ULED / ICOLL=25.2V / 70. A=360k。R4 选用 365k。的标准电阻。根据公式i=C(dU / dt),通过R4和C11的电流为ULEd/R4,电流进入到C11产生 一个线性充电特性，IC引脚COFF内部比较器(见图1)门限为1.276V，因此 C11=(ULED/R4)(tOFF/ 1. 276V) = (25. 2V / 365k。)(3. s / 1. 276V)=162pF C11选用120PF的标准电容值。电感器L2纹波电流iL2按电感

15、平均电流的30%来选取，AiL?则为ILEDX30% =400mA。在关断期间，L2上的电压UL2=ULED，At二tOFF，根据公式 UL2=L2(AiL2/At)得：L2=(ULEDXtOFF)/AiL2=(25.2VX3. s) / 120mA=630. H在非调光情况下和连续导电模式，iL2的峰值电流为iL2(PK)=IAVE+iL2 / 2=ILED+120mA / 2=460mA当电感电流达到峰值时，IC内控制MOSFET关断，此时R3上的峰值感测电压是 750mV。因此，R3值为：R3=750mA / iL2(PK)=750mV / 460mA=1. 63。选择 R3=1. 8。

16、C12选择l. F150V的电容，VD10选择50V、1A的二极管。在图1中，其他元件选择如下：BR1 选用 400V、0. 8A 的 HD04-T，VD1 选用 15V 的 DZX84C15LT1G，VD2 选用 40V、 120mA 的 BAS40H，VT1 和 VT2 选用 400V、4A 的 FQD7N30TF，VT3 选用 100V、170mA 的 PNP 晶体管，R2=100k。，R5=1k。，C5=22. F / 50V，C3=470nF / 16V，C4=100nF / 16V。4结束语LM3445是含有TRIAC调光译码器的固定关断时间AC /DC降压恒流LED驱动器。 基于LM3445的离线式LED照明电源，利用传统白炽灯TRIAC调光器，能够对LED 串进行宽范围平稳无闪烁调光，实现100： 1的调光比，从而解决了标准TRIAC 调光器应用于LED调光的瓶颈。