超完整LED调光电路设计

超完整超完整 LEDLED 调光电路设计调光电路设计 超完整 LED 调光电路设计 传统白热灯泡的调光电路，大多使用简易的双向交流触发三极体 (Triac)位 相控制方式。白热灯泡利用钨丝高温发光，使用双向交流触发三极体的位 相控制方式， 因此无电压时段也不会产生闪现象烁， 反过来说光源变成 LED 方式时，相同的双向交流触发三极体位相控制电路，频率是一般商用频率 2 倍，受到无电压时段影响，容易出现闪烁现象。最近美国国家半导体公 司开发直接连接双向交流触发三极体调光器，几乎完全不会发生闪烁现象 的 LED 驱动 IC LM3445 与评鉴基板。接着笔者组合评鉴基板与简易双向交 流触发三极体调光电路，说明 LM3445 的评基板鉴与电路设计的重点。评 鉴基板封装 LM3445、电源电路，以及周边电路，评鉴基板使用双向交流 触发三极体调光电路，输入已经受到位相控制的电压，利用高频切换器提 供 LED 电流，LED 驱动器设有可以控制流入 LED 电流峰值的降压转换器， 动作时设定 OFF 时间超过一定值以上。动作上首先接受双向交流触发三极 体调光电路的输出电压，接着检测双向交流触发三极体的 ON 时段，再将 此信号转换成流入 LED 电流指令值，此时流入LED 电流与双向交流触发三 极体 ON 时间呈比例，就能够沿用传统白热灯泡的调光电路。此外上记评 鉴基板支持还主从结构，能够以相同电流调光复数 LED。评鉴与电路整体 架构图 1(a)是评鉴电路方块图； 图 1(b)是双向交流触发三极体的调光电路， 由图可知本电路采取ldquo;Anode firerdquo;方式，使用双向交 流触发三极体的两端电压当作驱动电压，通过可变电阻 VR 后，使电容器 C1 充正电压或是负电压，此时不论极性，电容器 C1 的电压一旦超过一定 程度，触发二极管通电会使双向交流触发三极体点弧，流入双向交流触发 三极体的电流，即使超过一值仍旧持续通电，电流则流入负载。图中的二 极管 D1～D4 与 15kOmega;电阻， 连接于双向交流触发三极体的两端， 主要目的不论极性都能够使电容器 C1 的开始充电电压维持一定值，此外 为避免受到商用电源极性影响，因此刻意将此整合成相同点弧位相的电路。 由于双向交流触发三极体电路OFF 时，不会完全遮断电流，大约有 15kOmega;的阻抗值，为减少对评鉴基板的影响，本电路插入 1kOmega;的假电阻。图 1(c)是供应评鉴基板的电压波形，取电源的 正弦波。图 2 是评鉴基板的电路图，根据图 1(c)的电压波形可知，输出调 光 LED 的电流要求各种技巧，第 1 调光必需指定流入 LED 的电流，因此评 鉴基板若能够从双向交流触发三极体的 ON 时段获得信息，理论上 LED 只 要流入与该时段呈比例的电流，LED 就能够沿用传统白热灯泡的调光器进 行调光。LM3445 的 ON 时段在 450 至 1350 范围，支持 0% ～100%的电流值指令，若以双向交流触发三极体 的弧点角度theta;表示，它相当于 1350～450 范围。第 2 是输入评鉴 基板的电源，使用双向交流触发三极体进行位相控制，因此无电压时段， 即使使用高频切换电路也无法消除闪烁问题。上记电路为消除闪烁，未使 用电容输入型电路，改用填谷电路尽量减轻对电源的影响，因此本电路设 置 D4、D8、D9、C7、C9，以 C7、C9 串行电路使输入的电压峰值充电。C7、 C9 相同容量时，各电容器的充电电压是输入电压峰值的一半，换句话说输 入电压峰值变成一半时，各电容器开始放电，输入电压峰值变成一半为止 则以填谷电路动作，如此一来转换器的输入电压能够维持一定，同时还可 以高频使 LED 点灯。图 3 是填谷电路与输出、入电压波形。由图可知输入 电压波形是双向交流触发三极体输出整流后的波双向交流触发三极体的 ON 时段(角度)，大于 900 时会变成一半，低于 900 时＝1/2times;sin （180－ON 时段）＝1/2times;sintheta;。下第3 是 LED 的电流 调整电路，并不是可以使降压转换器维持一定频率方式，而是采用能够使 OFF 时段维持一定的方式，因此设计上要求承受输入电压、LED 电流大范 围变动。虽然动作频率随着输入电压与负载改变，不过本电路可以完全忽 略 LED 的闪烁问题， 轻易设定频率范围。 评鉴基板的基本设计与动作方式， 建立在上记 3 项设计核心技术，除此之外为设定条件，电路上还要求其它 各种技巧。接着以 8 个 LED 为范例，探讨评鉴基板的电路定数。降压转换 部位的动作图 4 是降压转换部位相关电路图，由图可知它是由切换用 FET Tr2、电感 L2、续流二极管 D10 构成降压转换部主要电路，除此之外电流 复归用电阻器 R3、决定 FET OFF 时间的电容器 C1、充电电路 Tr3、R4、吸 收波动电流的电容器 C12、LM3445 的内部结构，锁定转换器的动作，细节 忽略不详述。图中的 L5 是磁珠电感，它可以抑制续流二极管 D10 的逆回 复电流。 Tr2 ON 时， 流入 L2 的电流取决于输入电压 Vbuck 与 LED 电压 VLED 两者的电压差，最差情况 LED 的顺电压下降为 3.99V，8 个 LED 串联需要 31.9V。流入 Tr2 的电流除了受到电流指令最大值 750mA 的限制之外，有 关对短路等异常电流的保护，本电路备有电流限制器功能，不过 Tr2 正确 动作的代价是输入电压最大值有极限。IC 内部的起动电路一旦开始动作， GATE信号变成 H，就会使Tr2 ON 进入行程。LM63445 即使 ON，电流的检 测不会以一定时间进行，IC 内部的 125ns 延迟时间内，电流检测电阻 R3 的电压 R3，利用内部 FET 持续限制在 0V，PWM 与 I-LIN 两转换器的输入 维持 L 状态， 这样的设计主要目的是考虑 Tr2 ON 时， 二极管 D10 的逆向回 复电流很大，避免瞬间迁移至 GATE信号变成 OFF 状态，转换器可能 无法起动。 延迟时间内 Tr2 ON 时电流的过渡变化， Tr2的电流与 L2 一旦相同，就进入检测 L2 电流变化的行程， 该电流检测功 能有所谓无效时间，因此降压转换器的输入电压最大值时，为确实保障此 延迟时间，要求最小 200ns 的 ON 时间。延迟时间之后随着直线上升的 L2 电压，R3 的电压也直线上升，该电压经过电流感测端子 ISNS 输入至 PWM 转换器，一直到电压到达电流指令值为止，GATE信号维持 ON 状态。评鉴 基板的电流检测用电阻 R3 大约 1.8Omega;，PWM 的电流指令值最 大值， 750mV 时为 417mA， 延迟时间与温度有依存关系， 大约 100～160ns。 PWM 转换器进行 IC 内部产生的电流指令值与 R3 电压比较，R3 的电压超 过电流指令值，H 的信号经过内部控制电路使 GATE信号 OFF。此外本电路 还设置 PWM 转换器不动作时的 I-LIM 转换器，超过 1.27V 峰值会使 GATE 信号 OFF 抑制电流。Tr2 OFF 时 L