基于轉換器AX6066+A433的LED驅動電源設計

基于AX6066+A433 LED驅動電路設計

AX6066是一個輸出功率在12瓦到65瓦之間，具有原邊反饋的轉換器。AX6066適用于AC/DC電源的應用，可以滿足無負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用要求。該芯片可以控制轉換器工作在不連續(xù)的狀態(tài)模式。不連續(xù)工作模式提供一個獨特的安全電流限制功能，對交流線上的信號抖動也是不敏感的。峰值電流調制模式不需要進行斜率補償。

AX6066通過驅動外部的高壓功率管的源極來實現(xiàn)工作的。這種結構叫做共基、共射(源級)驅動。它突出了快速啟動以及在無負載的情況下確?？刂菩酒贿B接高壓的兩大優(yōu)點。對于帶有反饋回掃結構的轉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。在無負載的工作狀態(tài)，這種設計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，變化關斷時間調制的情況下，AX6066在峰值功率和22%的峰值功率之間，平均效率是最高的。AX6066內部調制趨向于使其功率恒定在22%和100%的峰值負載之間，消除了設計難題，使轉換器的平均效率達到能源星級指標。

共基、共射極偏置和啟動

AX6066用一種共基、共射驅動和偏置來控制高壓功率管，并在啟動時提供初始的偏置。這種共基、共射結構通過低壓控制連接在地和高壓功率管源極間的開關實現(xiàn)一種通用的柵控。有以下關鍵點需要注意：

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動，而不是柵極。

3. 初始線圈的全部電流都要通過內部的低壓驅動管。

AX6066使90mΩ的低壓開關場效應晶體管和所有相關聯(lián)的電流感應和驅動成為一體。外部的高壓功率管被強制跟隨內部快速的低壓驅動管。外部高壓驅動管的漏和柵不會影響關斷的速度，因為柵端是和一個獨立的直流電源相連接的。這種共基，共射的結構使外部的高壓功率管可以快速的關斷，場效應晶體管開關的開關損耗也會被降低。

反饋功能

AX6066的調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給芯片內部的調制器。AX6066通過內部的電流鏡接受FB管腳反饋的電流給內部的反饋處理模塊，然后再到頻率調制和電流調制模塊。FB管腳上的電壓恒定為0.7V。在晶體管的發(fā)射極必須要有一個輸出耦合電容來濾去交流線上的噪聲。這個濾波器的截止角頻率至少是轉換器最大開關頻率的10倍。在FB和GND之間需要一個100KΩ的電阻，來消除轉換器過載復位時的反向電流流向FB管腳的噪聲影響。較小的電流傳輸比例的光耦反饋結構比較大電流傳輸比例依靠次級線圈的反饋結構的無負載工作狀態(tài)更好。

調制模式

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反饋電流控制著轉換器有三種工作模式：頻率調制模式，幅度調制，綠色調制。

轉換器工作在頻率調制時有較大的功率負載(22%到100%的峰值額定功率)。高壓功率管的峰值電流會達到它的最大的可編程的值，F(xiàn)B反饋電流通過改變開關的工作頻率來調節(jié)輸出電壓，開關頻率和開關的導通時間是成反比的。開關頻率被調制的范圍是從30kHz(22%的峰值額定功率)到133kHz(100%的峰值額定功率)，定時時間是恒定的，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。

轉換器工作在調幅模式時處在中等功率水平(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節(jié)輸出電壓，此時開關的工作頻率被固定在30KHz左右。AX6066調制CL管腳上的電壓從3V到1V來改變控制峰值電流。

轉換器工作在綠色模式時處在一個低負載狀態(tài)(0%到2.5%的峰值額定功率)。FB反饋電流通過使用FB的電流產生一個特殊的觸發(fā)脈沖來調制輸出電壓。此時高壓功率管的峰值電流是最大可編程電流值的33%。包含一個觸發(fā)脈沖的開關頻率大約是30kHz。觸發(fā)的持續(xù)過程是由電源的抑制力和FB端口的反饋來調制的。AX6066通過減小觸發(fā)過程中內部的偏置功耗來保持低負載和無負載情況下的能量守恒。

初級電流檢測

AX6066用電流鏡技術來檢測電流調制器上的初始電流。所有初級線圈的電流都是通過DRV管腳的，并通過驅動功率管和外部的地相連。驅動功率管上的電流是成比例的鏡像得到的，并通過一個和CL電流作比較的PWM比較器的輸出來控制。在每個開關循環(huán)周期的開始階段，會產生一個大約220ns的關斷脈沖T給內部的電流限幅模塊,允許驅動管在主要的邊沿沒有錯誤觸發(fā)限制的情況下打開，常規(guī)的電容器泄放電流在這個電路結構里也會出現(xiàn)的。

過零檢測

為了能夠開啟下一個開關循環(huán)周期，該調制需要滿足以下三個條件：

1. 前一個開關導通邊沿時間必須等于或大于由反饋電流 決定的內部反饋模塊的處理時間。

2. 前一個開關導通邊沿時間必須要比AX6066的內部最小的開關周期長(通常情況下這個周期是7.5us，對應的頻率是133kHz)。

3. 快速的跟隨由高到低的ZCD過零電壓。調制時間還要大于上一個過零檢測起到下一個過零檢測的等待時間。

每個開關周期都至少領先一個ZCD管腳上的零檢測。如果開關周期需要超出阻尼振動的限制，該調制在調制脈沖之間允許阻尼振動，在無負載的工作條件下，在調制脈沖之間允許長時間的停頓。

開關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電壓保持一個常量，AX6066會通過開關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。這種設計會防止啟動或短路情況下的電流拖尾，并且利于對最大功率的控制。

零電流檢測的電壓來自于輔助線圈上經過電阻分壓的電壓，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ZCD的電壓由高到低變化時會有個20mV的ZCD閾值電壓。ZCD管腳的電壓在芯片內部會被鉗制在一個-160mV的漂移電壓。一個50ns到200ns的延時，可以通過增加連接在ZCD端口的電容CZCD得到，該延時可以使初級線圈的開關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

轉換器最大功率限度

在基于常規(guī)的AC線轉換器應用時，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，因為該電流必須要通過AX6066。對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，最大開關工作頻率，來得到所有推薦功率范圍以內的功率。最大輸入功率的公式以下會給出。

對規(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。如果負載需要比可編程功率范圍更大的功率，輸出電壓會下降，過載定時會重新開始初始化。

最大定時和浪涌

AX6066的不連續(xù)工作模式在電壓較低的情況下會提供一個過流保護。AX6066允許用戶對最大定時時間編程，從而提供更多的保護。

在交流線電壓下降的情況下，如果負載是足夠大，最大定時作用會使轉換器像有個過載狀態(tài)時一樣起作用。在交流線電壓下降時，MOT的作用是限制初始線圈開關的定時時間，該開關在初級線圈功率等級范圍內決定著峰值電流。MOT對地所接電阻的范圍決定AX6066對持續(xù)過載錯誤的響應的類型，是鎖定還是關斷重啟，這和AC線上電壓下降及浪涌是相同的。

用MOT管腳實現(xiàn)外部關斷

許多應用情況下都要求通過外部的方法來實現(xiàn)對電源的關斷。該功能可以通過短接位于MOT和GND之間的NPN晶體三極管來實現(xiàn)。對于實際的隔離應用來說，這個NPN型的三極管是獨立的光耦三極管。

對于過流或浪涌情況下的關斷重啟響應來說，

在這里，

過壓檢測

AX6066通過采樣輔助線圈上的電壓來對輸出電壓進行監(jiān)測。在內部的驅動管關斷以后，采樣的時間 被固定有1us的延時。這允許輔助線圈上的電壓在每一個下限的瞬態(tài)被采樣。這個相同的延時用來鎖定ZCD的輸入以避免無意識的過零檢測，振鈴效應要是足夠的大會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輸出線圈之間的轉換比率和ZCD管腳上的分壓電阻來來設定。如果AX6066檢測到過壓狀態(tài)時，芯片將會一直進入到鎖定的狀態(tài)。為了能夠重新恢復啟動，AX6066的VDD電壓必須要重新上電。

次級恒流采樣

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

其應用優(yōu)點：

1.元器件個數(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應用電路圖

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

本文小結

針對LED市場的日益發(fā)展，對驅動電源的更高要求。AX6066以全新的設計理念，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，兼容調光，高效率，設計靈活，優(yōu)異的熱管理，高可靠性，容易獲得EMI/安規(guī)的認證的全面設計特點，更適用于LED照明驅動電源的應用。