智能數(shù)字功率控制器優(yōu)化LED調(diào)光系統(tǒng)

當(dāng)IC檢測到輸入的電壓是完整的交流信號，沒有接調(diào)光器時，它會選擇高功率因數(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，針對不同輸入電壓不同輸出功率的驅(qū)動設(shè)計要求，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)動設(shè)計，既能滿足切相檢測，又能改善驅(qū)動的功率因數(shù)，減少輸入電流的諧波。因為BLEEDER電阻是動態(tài)導(dǎo)通，而且，Boost電路的加入把大部分的能量傳遞給初級電容，減少了損耗，因此整個驅(qū)動能保持很高的轉(zhuǎn)化效率。

iW3610將相位檢測和調(diào)光控制通過數(shù)字控制的方式整合在IC內(nèi)部，檢測到的切相信號在IC內(nèi)部就轉(zhuǎn)化成調(diào)光控制信號，去控制輸出部分的反激變換器，與iWatt的精準的初級恒流控制技術(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200KHz的工作頻率，可使設(shè)計人員更容易研發(fā)高功率密度的LED驅(qū)動，滿足燈具小型化的趨勢；波谷導(dǎo)通的準諧振(Quasi-resonant)模式也可以盡可能提高效率，簡化EMI對策，其特有的自適應(yīng)過溫保護控制方式更受LED應(yīng)用工程師青睞。

由于LED自身的特點，在高溫下，系統(tǒng)的可靠性和使用壽命都很難得到保障，因而合適的過溫保護方式在LED應(yīng)用中尤其重要。很多客戶都希望在內(nèi)部溫度達到一定的高溫時，驅(qū)動能自動限制輸出功率，使燈的溫度不會繼續(xù)上升，而能繼續(xù)工作，并且保持在安全使用的狀態(tài)下。用戶一般不會覺察到亮度的緩慢變化，但在有異常情況發(fā)生時，如果燈內(nèi)部的溫度持續(xù)上升到一個較高的溫度，影響安全時，還是希望能明確提示使用者，該燈出現(xiàn)故障了。

iW3610就是通過簡單的NTC保護電路實現(xiàn)了復(fù)雜的可程序化保護。NTC接在IC的第四引腳上，具體設(shè)計應(yīng)用時可以將NTC放置在溫度較高的元件旁，例如變壓器或MOSFET。假設(shè)設(shè)計者選用47K的NTC做過溫保護。當(dāng)NTC檢測到溫度達到105℃時，其阻值會變化為4K左右，這時候，IC第四引腳上的電壓會變成0.4V，因為IC內(nèi)部有個100UA的恒流源，IC檢測到這個變化后，輸出電流會進入線性降壓模式，不同的溫度對應(yīng)不同的VT引腳控制電壓，不同的控制電壓對應(yīng)不同的輸出電流。如果溫度繼續(xù)上升到一個較高的溫度時，當(dāng)VT引腳上的電壓低于0.3V時，控制器會將輸出鎖定為10%，這樣輸出功率就很小，因而不會再有過溫的問題了。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，LED燈的輸出功率就會緩慢恢復(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7W調(diào)光方案線路圖。iWatt方案實現(xiàn)初級恒流控制，其恒流控制精度達5%。反激式變換器中的電流信號是三角波，三角波電流有效值是峰值電流的1/2再乘以占空比。初級側(cè)電流與次級側(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檢測初級側(cè)電流的峰值、工作頻率，檢測變壓器的磁復(fù)位時間來獲取輸出電流的大小，從而控制Isense基準電壓。

設(shè)計步驟

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，用于檢測輸入電壓的高低以判斷相位。iW3610內(nèi)部默認一個系數(shù)KVin，高壓輸入時為0.0043，低壓時為0.0086。根據(jù)這個比值，在一個120V輸入的設(shè)計中，RVin推薦為290~300K??；高壓230V輸入時，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)過確認，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)過高，對效率和EMI也有影響。一般情況下，對于5~6W的設(shè)計，功率因數(shù)可達到0.8~0.9。

變壓器設(shè)計

變壓器的選擇與功率大小、驅(qū)動的體積大小有關(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，次級側(cè)二極管里流過的電流峰值越小，但是它所承受的反向電壓越高。

在確定變壓器初級繞組的圈數(shù)和電感時，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對策會相對容易；高壓輸入時，若頻率較低，則效率會高一些，因為高電壓輸入時開關(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初級恒流控制原理，可以得出以下計算公式：

接下來我們就確定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，這時還要考慮過壓保護(OVP)的大小。當(dāng)Vsense電壓達到1.7V左右時，會產(chǎn)生過壓保護，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。

圖7：7W調(diào)光方案線路圖。

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