智能數(shù)字功率控制器優(yōu)化LED調(diào)光系統(tǒng)
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當(dāng)IC檢測(cè)到輸入的電壓是完整的交流信號(hào)，沒(méi)有接調(diào)光器時(shí)，它會(huì)選擇高功率因數(shù)模式。iWatt特有的固定VinTon控制方式[u1]既可以確保Boost電路輸出電壓不會(huì)失控，又能盡量拓展輸入電流的導(dǎo)通角度，提高功率因數(shù)。
因此，針對(duì)不同輸入電壓不同輸出功率的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)要求，只需合理地設(shè)置斬波電路中Rc阻值和Qc的電感量，就可以得到優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，既能滿足切相檢測(cè)，又能改善驅(qū)動(dòng)的功率因數(shù)，減少輸入電流的諧波。因?yàn)锽LEEDER電阻是動(dòng)態(tài)導(dǎo)通，而且，Boost電路的加入把大部分的能量傳遞給初級(jí)電容，減少了損耗，因此整個(gè)驅(qū)動(dòng)能保持很高的轉(zhuǎn)化效率。
iW3610將相位檢測(cè)和調(diào)光控制通過(guò)數(shù)字控制的方式整合在IC內(nèi)部，檢測(cè)到的切相信號(hào)在IC內(nèi)部就轉(zhuǎn)化成調(diào)光控制信號(hào)，去控制輸出部分的反激變換器，與iWatt的精準(zhǔn)的初級(jí)恒流控制技術(shù)完美結(jié)合，LED的電流就受控于輸入電壓的切相信號(hào)了。
當(dāng)然，為了迎合LED照明產(chǎn)品的需求，iW3610也具備了更多新的控制性能。它支持高達(dá)200KHz的工作頻率，可使設(shè)計(jì)人員更容易研發(fā)高功率密度的LED驅(qū)動(dòng)，滿足燈具小型化的趨勢(shì)；波谷導(dǎo)通的準(zhǔn)諧振(Quasi-resonant)模式也可以盡可能提高效率，簡(jiǎn)化EMI對(duì)策，其特有的自適應(yīng)過(guò)溫保護(hù)控制方式更受LED應(yīng)用工程師青睞。
由于LED自身的特點(diǎn)，在高溫下，系統(tǒng)的可靠性和使用壽命都很難得到保障，因而合適的過(guò)溫保護(hù)方式在LED應(yīng)用中尤其重要。很多客戶都希望在內(nèi)部溫度達(dá)到一定的高溫時(shí)，驅(qū)動(dòng)能自動(dòng)限制輸出功率，使燈的溫度不會(huì)繼續(xù)上升，而能繼續(xù)工作，并且保持在安全使用的狀態(tài)下。用戶一般不會(huì)覺(jué)察到亮度的緩慢變化，但在有異常情況發(fā)生時(shí)，如果燈內(nèi)部的溫度持續(xù)上升到一個(gè)較高的溫度，影響安全時(shí)，還是希望能明確提示使用者，該燈出現(xiàn)故障了。
iW3610就是通過(guò)簡(jiǎn)單的NTC保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的可程序化保護(hù)。NTC接在IC的第四引腳上，具體設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)可以將NTC放置在溫度較高的元件旁，例如變壓器或MOSFET。假設(shè)設(shè)計(jì)者選用47K的NTC做過(guò)溫保護(hù)。當(dāng)NTC檢測(cè)到溫度達(dá)到105℃時(shí)，其阻值會(huì)變化為4K左右，這時(shí)候，IC第四引腳上的電壓會(huì)變成0.4V，因?yàn)镮C內(nèi)部有個(gè)100UA的恒流源，IC檢測(cè)到這個(gè)變化后，輸出電流會(huì)進(jìn)入線性降壓模式，不同的溫度對(duì)應(yīng)不同的VT引腳控制電壓，不同的控制電壓對(duì)應(yīng)不同的輸出電流。如果溫度繼續(xù)上升到一個(gè)較高的溫度時(shí)，當(dāng)VT引腳上的電壓低于0.3V時(shí)，控制器會(huì)將輸出鎖定為10%，這樣輸出功率就很小，因而不會(huì)再有過(guò)溫的問(wèn)題了。當(dāng)內(nèi)部溫度下降到一定值，回到安全的溫度范圍內(nèi)時(shí)，LED燈的輸出功率就會(huì)緩慢恢復(fù)，這種恢復(fù)也有一定的遲滯。
典型應(yīng)用案例分析
圖7是一個(gè)7W調(diào)光方案線路圖。iWatt方案實(shí)現(xiàn)初級(jí)恒流控制，其恒流控制精度達(dá)5%。反激式變換器中的電流信號(hào)是三角波，三角波電流有效值是峰值電流的1/2再乘以占空比。初級(jí)側(cè)電流與次級(jí)側(cè)峰值的比值就是變壓器圈比。
iWatt的恒流控制方式就是通過(guò)檢測(cè)初級(jí)側(cè)電流的峰值、工作頻率，檢測(cè)變壓器的磁復(fù)位時(shí)間來(lái)獲取輸出電流的大小，從而控制Isense基準(zhǔn)電壓。
設(shè)計(jì)步驟
1)設(shè)定Vin的電阻。(圖7中R7/R8的阻值)
Vin電阻有多重作用，用于起機(jī)，用于檢測(cè)輸入電壓的高低以判斷相位。iW3610內(nèi)部默認(rèn)一個(gè)系數(shù)KVin，高壓輸入時(shí)為0.0043，低壓時(shí)為0.0086。根據(jù)這個(gè)比值，在一個(gè)120V輸入的設(shè)計(jì)中，RVin推薦為290~300K??；高壓230V輸入時(shí)，RVin電阻應(yīng)該是560~600K??。
2)確定BLEEDER電阻。
BLEEDER電阻的大小與調(diào)光的性能、效率、功率因數(shù)有關(guān)。經(jīng)過(guò)確認(rèn)，我們推薦選用以下的設(shè)置：Vin100~120Vac：270~390··Vin220~240Vac：470~560··該電阻需要2W的額定功率。
3)選擇斬波電路的電感Qc-L3。
L3的大小與效率、功率因數(shù)和EMI有關(guān)。電感越小，功率因數(shù)越高；功率因數(shù)過(guò)高，對(duì)效率和EMI也有影響。一般情況下，對(duì)于5~6W的設(shè)計(jì)，功率因數(shù)可達(dá)到0.8~0.9。
變壓器設(shè)計(jì)
變壓器的選擇與功率大小、驅(qū)動(dòng)的體積大小有關(guān)；與期望的效率和成本也有關(guān)。一般情況下，功率越大，體積越大；同樣的功率，體積越大，磁芯的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，效率越高，當(dāng)然成本也越高。合適的磁芯可以使變壓器漏感小，線圈結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
確定變壓器大小之后，再考慮變壓器的圈數(shù)和圈比。圈比與輸出功率輸出電流大小有關(guān)。還要綜合考慮輸出整流管的大小、其反向耐電壓的高低，并且要預(yù)留一定的余量。一般情況下，圈比越小，次級(jí)側(cè)二極管里流過(guò)的電流峰值越小，但是它所承受的反向電壓越高。
在確定變壓器初級(jí)繞組的圈數(shù)和電感時(shí)，要考慮變壓器工作的最大磁通量，一般在250mT到320mT之間。如果太高，可能會(huì)飽和；如果太低，則磁芯利用率太低。工作頻率與效率EMI的關(guān)系比較緊密，一般情況下，如果頻率低一些，EMI對(duì)策會(huì)相對(duì)容易；高壓輸入時(shí)，若頻率較低，則效率會(huì)高一些，因?yàn)楦唠妷狠斎霑r(shí)開(kāi)關(guān)損耗較大。
確定了變壓器之后接就是確定電流取樣電阻，根據(jù)iWatt初級(jí)恒流控制原理，可以得出以下計(jì)算公式：
接下來(lái)我們就確定VCC繞組的圈數(shù)和電壓反饋電阻的大小。推薦將VCC設(shè)定在12~15V之間，根據(jù)輸出電壓的高低和VCC的范圍，就可以計(jì)算確定VCC繞組的圈數(shù)。
然后確定反饋電阻，在正常工作的條件下，把Vsense電壓設(shè)定在1.3~1.4V，不要高于1.538V，這時(shí)還要考慮過(guò)壓保護(hù)(OVP)的大小。當(dāng)Vsense電壓達(dá)到1.7V左右時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，IC將鎖定不工作。關(guān)斷輸入電壓，IC復(fù)位之后，則又可以重新啟動(dòng)。
圖7：7W調(diào)光方案線路圖。
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