基于AX6066+A433的LED驅(qū)動電源設(shè)計(jì)

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

　　基于AX6066+A433 LED驅(qū)動電路設(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，對交流線上的信號抖動也是不敏感的。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）驅(qū)動。它突出了快速啟動以及在無負(fù)載的情況下確保控制芯片不連接高壓的兩大優(yōu)點(diǎn)。對于帶有反饋回掃結(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)到能源星級指標(biāo)。

　　共基、共射極偏置和啟動

　　AX6066用一種共基、共射驅(qū)動和偏置來控制高壓功率管，并在啟動時(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，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)動管。外部高壓驅(qū)動管的漏和柵不會影響關(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。所有初級線圈的電流都是通過DRV管腳的，并通過驅(qū)動功率管和外部的地相連。驅(qū)動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(gè)電路結(jié)構(gòu)里也會出現(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的限制，該調(diào)制在調(diào)制脈沖之間允許阻尼振動，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(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)會有個(gè)20mV的ZCD閾值電壓。ZCD管腳的電壓在芯片內(nèi)部會被鉗制在一個(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(fù)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(shí)會重新開始初始化。

　　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提供一個(gè)過流保護(hù)。AX6066允許用戶對最大定時(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)在初級線圈功率等級范圍內(nèi)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(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。

　　對于過流或浪涌情況下的的鎖定響應(yīng)來說，

　　在這里，

　　對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輸出電壓進(jìn)行監(jiān)測。在內(nèi)部的驅(qū)動管關(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的過零檢測，振鈴效應(yīng)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(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)，芯片將會一直進(jìn)入到鎖定的