高性能LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

隨著大功率LED光源的大量使用，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)要求是與日俱增。高壓大功率的LED驅(qū)動(dòng)能夠直接接至電網(wǎng)(85V-265V)。能夠提供100W的功率。這些驅(qū)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(hù)以提高驅(qū)動(dòng)的可靠性。

基于A(yíng)X6066+A433 LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

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(zhuǎn)換器。AX6066適用于AC/DC電源的應(yīng)用，可以滿(mǎn)足無(wú)負(fù)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(yīng)用要求。該芯片可以控制轉(zhuǎn)換器工作在不連續(xù)的狀態(tài)模式。不連續(xù)工作模式提供一個(gè)獨(dú)特的安全電流限制功能，對(duì)交流線(xiàn)上的信號(hào)抖動(dòng)也是不敏感的。峰值電流調(diào)制模式不需要進(jìn)行斜率補(bǔ)償。

AX6066通過(guò)驅(qū)動(dòng)外部的高壓功率管的源極來(lái)實(shí)現(xiàn)工作的。這種結(jié)構(gòu)叫做共基、共射(源級(jí))驅(qū)動(dòng)。它突出了快速啟動(dòng)以及在無(wú)負(fù)載的情況下確?？刂菩酒贿B接高壓的兩大優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于帶有反饋回掃結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)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(fù)載的工作狀態(tài)，這種設(shè)計(jì)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(diào)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(nèi)部調(diào)制趨向于使其功率恒定在22%和100%的峰值負(fù)載之間，消除了設(shè)計(jì)難題，使轉(zhuǎn)換器的平均效率達(dá)到能源星級(jí)指標(biāo)。

共基、共射極偏置和啟動(dòng)

AX6066用一種共基、共射驅(qū)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(qū)動(dòng)，而不是柵極。

3. 初始線(xiàn)圈的全部電流都要通過(guò)內(nèi)部的低壓驅(qū)動(dòng)管。

AX6066使90mΩ的低壓開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和所有相關(guān)聯(lián)的電流感應(yīng)和驅(qū)動(dòng)成為一體。外部的高壓功率管被強(qiáng)制跟隨內(nèi)部快速的低壓驅(qū)動(dòng)管。外部高壓驅(qū)動(dòng)管的漏和柵不會(huì)影響關(guān)斷的速度，因?yàn)闁哦耸呛鸵粋€(gè)獨(dú)立的直流電源相連接的。這種共基，共射的結(jié)構(gòu)使外部的高壓功率管可以快速的關(guān)斷，場(chǎng)效應(yīng)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(diào)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(hào)給芯片內(nèi)部的調(diào)制器。AX6066通過(guò)內(nèi)部的電流鏡接受FB管腳反饋的電流給內(nèi)部的反饋處理模塊，然后再到頻率調(diào)制和電流調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器過(guò)載復(fù)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(jié)構(gòu)比較大電流傳輸比例依靠次級(jí)線(xiàn)圈的反饋結(jié)構(gòu)的無(wú)負(fù)載工作狀態(tài)更好。

調(diào)制模式

在正常的工作模式下，F(xiàn)B管腳的反饋電流控制著AX6066的工作模式。FB反饋電流控制著轉(zhuǎn)換器有三種工作模式：頻率調(diào)制模式，幅度調(diào)制，綠色調(diào)制。

轉(zhuǎn)換器工作在頻率調(diào)制時(shí)有較大的功率負(fù)載(22%到100%的峰值額定功率)。高壓功率管的峰值電流會(huì)達(dá)到它的最大的可編程的值，F(xiàn)B反饋電流通過(guò)改變開(kāi)關(guān)的工作頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間是成反比的。開(kāi)關(guān)頻率被調(diào)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(zhuǎn)換器工作在調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)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(diào)制CL管腳上的電壓從3V到1V來(lái)改變控制峰值電流。

轉(zhuǎn)換器工作在綠色模式時(shí)處在一個(gè)低負(fù)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(diào)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(xù)過(guò)程是由電源的抑制力和FB端口的反饋來(lái)調(diào)制的。AX6066通過(guò)減小觸發(fā)過(guò)程中內(nèi)部的偏置功耗來(lái)保持低負(fù)載和無(wú)負(fù)載情況下的能量守恒。

初級(jí)電流檢測(cè)

AX6066用電流鏡技術(shù)來(lái)檢測(cè)電流調(diào)制器上的初始電流。所有初級(jí)線(xiàn)圈的電流都是通過(guò)DRV管腳的，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)功率管和外部的地相連。驅(qū)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(nèi)部的電流限幅模塊,允許驅(qū)動(dòng)管在主要的邊沿沒(méi)有錯(cuò)誤觸發(fā)限制的情況下打開(kāi)，常規(guī)的電容器泄放電流在這個(gè)電路結(jié)構(gòu)里也會(huì)出現(xiàn)的。

過(guò)零檢測(cè)

為了能夠開(kāi)啟下一個(gè)開(kāi)關(guān)循環(huán)周期，該調(diào)制需要滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：

1. 前一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通邊沿時(shí)間必須等于或大于由反饋電流 決定的內(nèi)部反饋模塊的處理時(shí)間。

2. 前一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通邊沿時(shí)間必須要比AX6066的內(nèi)部最小的開(kāi)關(guān)周期長(zhǎng)(通常情況下這個(gè)周期是7.5us，對(duì)應(yīng)的頻率是133kHz)。

3. 快速的跟隨由高到低的ZCD過(guò)零電壓。調(diào)制時(shí)間還要大于上一個(gè)過(guò)零檢測(cè)起到下一個(gè)過(guò)零檢測(cè)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(cè)。如果開(kāi)關(guān)周期需要超出阻尼振動(dòng)的限制，該調(diào)制在調(diào)制脈沖之間允許阻尼振動(dòng)，在無(wú)負(fù)載的工作條件下，在調(diào)制脈沖之間允許長(zhǎng)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(xù)的。這種設(shè)計(jì)會(huì)防止啟動(dòng)或短路情況下的電流拖尾，并且利于對(duì)最大功率的控制。

零電流檢測(cè)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(jí)輸出線(xiàn)圈的電壓的相位是一致的。ZCD檢測(cè)的作用是檢測(cè)變壓器的去磁，當(dāng)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(nèi)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(jí)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。

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