基于轉(zhuǎn)換器AX6066A433的LED驅(qū)動(dòng)電源設(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，可以滿足無負(fù)載情況下交流線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通過驅(qū)動(dòng)外部的高壓功率管的源極來實(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有影響的。

　　反饋管腳接受的是電流而不是電壓。在無負(fù)載的工作狀態(tài)，這種設(shè)計(jì)可以通過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)通過低壓控制連接在地和高壓功率管源極間的開關(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源極驅(qū)動(dòng)，而不是柵極。

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

　　AX6066使90mΩ的低壓開關(guān)場效應(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，場效應(yīng)晶體管開關(guān)的開關(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管腳通常被用來反饋輸出誤差信號(hào)給芯片內(nèi)部的調(diào)制器。AX6066通過內(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)輸出耦合電容來濾去交流線上的噪聲。這個(gè)濾波器的截止角頻率至少是轉(zhuǎn)換器最大開關(guān)頻率的10倍。在FB和GND之間需要一個(gè)100KΩ的電阻，來消除轉(zhuǎn)換器過載復(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)線圈的反饋結(jié)構(gòu)的無負(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反饋電流通過改變開關(guān)的工作頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓，開關(guān)頻率和開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間是成反比的。開關(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調(diào)節(jié)輸出電壓，此時(shí)開關(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反饋電流通過使用FB的電流產(chǎn)生一個(gè)特殊的觸發(fā)脈沖來調(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)脈沖的開關(guān)頻率大約是30kHz。觸發(fā)的持續(xù)過程是由電源的抑制力和FB端口的反饋來調(diào)制的。AX6066通過減小觸發(fā)過程中內(nèi)部的偏置功耗來保持低負(fù)載和無負(fù)載情況下的能量守恒。

　　初級(jí)電流檢測

　　AX6066用電流鏡技術(shù)來檢測電流調(diào)制器上的初始電流。所有初級(jí)線圈的電流都是通過DRV管腳的，并通過驅(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，并通過一個(gè)和CL電流作比較的PWM比較器的輸出來控制。在每個(gè)開關(guān)循環(huán)周期的開始階段，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)管在主要的邊沿沒有錯(cuò)誤觸發(fā)限制的情況下打開，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。

　　過零檢測

　　為了能夠開啟下一個(gè)開關(guān)循環(huán)周期，該調(diào)制需要滿足以下三個(gè)條件：

　　1.前一個(gè)開關(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)開關(guān)導(dǎo)通邊沿時(shí)間必須要比AX6066的內(nèi)部最小的開關(guān)周期長(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過零電壓。調(diào)制時(shí)間還要大于上一個(gè)過零檢測起到下一個(gè)過零檢測的等待時(shí)間。

　　每個(gè)開關(guān)周期都至少領(lǐng)先一個(gè)ZCD管腳上的零檢測。如果開關(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)，在無負(fù)載的工作條件下，在調(diào)制脈沖之間允許長時(shí)間的停頓。

　　開關(guān)工作頻率一般情況下不能超過133KHz。為了使超過最小線電壓的bulk電壓保持一個(gè)常量，AX6066會(huì)通過開關(guān)頻率的控制來限制最大的功率。

　　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。

　　零電流檢測的電壓來自于輔助線圈上經(jīng)過電阻分壓的電壓，如下圖一所示。輔助線圈上電壓的相位和次級(jí)輸出線圈的電壓的相位是一致的。ZCD檢測的作用是檢測變壓器的去磁，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)線圈的開關(guān)和初始線圈的電壓波形的波谷保持一致。

圖一：零電流檢測功能框圖

　　轉(zhuǎn)換器最大功率限度

　　在基于常規(guī)的AC線轉(zhuǎn)換器應(yīng)用時(shí)，AX6066推薦的峰值功率是12W到65W，外部的高壓功率管的額定電壓是600V。功率范圍取決于應(yīng)用和外部高壓管的耐壓。最終，初始線圈的峰值電流是要受到限制的，因?yàn)樵撾娏鞅仨氁ㄟ^AX6066。對(duì)峰值電流的限制也就限制了初始線圈的額定峰值功率。峰值功率必須要小于65W,而不是平均功率。峰值功率被定義為AX6066在調(diào)制狀態(tài)下的最大功率。

　　用戶可以編程控制AX2029的初始線圈的電感，峰值電流，最大開關(guān)工作頻率，來得到所有推薦功率范圍以內(nèi)的功率。最大輸入功率的公式以下會(huì)給出。

　　對(duì)規(guī)律限度精度的影響，IDRV(PK)的誤差靈敏度是LM和fS(max)誤差靈敏度的兩倍。如果負(fù)載需要比可編程功率范圍更大的功率，輸出電壓會(huì)下降，過載定時(shí)會(huì)重新開始初始化。

　　最大定時(shí)和浪涌

　　AX6066的不連續(xù)工作模式在電壓較低的情況下會(huì)提供一個(gè)過流保護(hù)。AX6066允許用戶對(duì)最大定時(shí)時(shí)間編程，從而提供更多的保護(hù)。

　　在交流線電壓下降的情況下，如果負(fù)載是足夠大，最大定時(shí)作用會(huì)使轉(zhuǎn)換器像有個(gè)過載狀態(tài)時(shí)一樣起作用。在交流線電壓下降時(shí)，MOT的作用是限制初始線圈開關(guān)的定時(shí)時(shí)間，該開關(guān)在初級(jí)線圈功率等級(jí)范圍內(nèi)決定著峰值電流。MOT對(duì)地所接電阻的范圍決定AX6066對(duì)持續(xù)過載錯(cuò)誤的響應(yīng)的類型，是鎖定還是關(guān)斷重啟，這和AC線上電壓下降及浪涌是相同的。

　　用MOT管腳實(shí)現(xiàn)外部關(guān)斷

　　許多應(yīng)用情況下都要求通過外部的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的關(guān)斷。該功能可以通過短接位于MOT和GND之間的NPN晶體三極管來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于實(shí)際的隔離應(yīng)用來說，這個(gè)NPN型的三極管是獨(dú)立的光耦三極管。

　　對(duì)于過流或浪涌情況下的關(guān)斷重啟響應(yīng)來說，

　　在這里，

　　過壓檢測

　　AX6066通過采樣輔助線圈上的電壓來對(duì)輸出電壓進(jìn)行監(jiān)測。在內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)管關(guān)斷以后，采樣的時(shí)間 被固定有1us的延時(shí)。這允許輔助線圈上的電壓在每一個(gè)下限的瞬態(tài)被采樣。這個(gè)相同的延時(shí)用來鎖定ZCD的輸入以避免無意識(shí)的過零檢測，振鈴效應(yīng)要是足夠的大會(huì)穿過過零檢測的閾值。

　　輸出過壓的閾值通過輔助線圈和次級(jí)輸出線圈之間的轉(zhuǎn)換比率和ZCD管腳上的分壓電阻來來設(shè)定。如果AX6066檢測到過壓狀態(tài)時(shí)，芯片將會(huì)一直進(jìn)入到鎖定的狀態(tài)。為了能夠重新恢復(fù)啟動(dòng)，AX6066的VDD電壓必須要重新上電。

　　次級(jí)恒流采樣

　　A433是三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，通過2個(gè)外部的電阻可從VERF編程至36V。灌電流能力1mA~50mA，采用低壓基準(zhǔn)196mV?？煽康娜秶鷾囟认禂?shù)。

　　其應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：

　　1.元器件個(gè)數(shù)少,電路更優(yōu)化

　　2.焊接成本低

　　3.不需要大功率采樣電阻

　　4.恒流精度更易控制

　　5.配合優(yōu)良變壓器，電路整體效率提高

圖二：基于AX6066+A433的18W應(yīng)用電路圖

表一：基于AX6066+A433的18W(38V,420MA)應(yīng)用方案測試數(shù)據(jù)(第一款諧波小于10%的應(yīng)用方案。)

　　本文小結(jié)

　　針對(duì)LED市場的日益發(fā)展，對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的更高要求。AX6066以全新的設(shè)計(jì)理念，具備全電壓輸入，低反饋電壓，高PFC，寬輸出電壓電流范圍，高輸出功率，兼容調(diào)光，高效率，設(shè)計(jì)靈活，優(yōu)異的熱管理，高可靠性，容易獲得EMI/安規(guī)的認(rèn)證的全面設(shè)計(jì)特點(diǎn)，更適用于LED照明驅(qū)動(dòng)電源的應(yīng)用。