LM3445的ON時(shí)段在450至1350范圍,支持0%~100%的電流值指令,若以雙向交流觸發(fā)三極體的弧點(diǎn)角度θ表示,它相當(dāng)于1350~450范圍。
第2是輸入評(píng)鑒基板的電源,使用雙向交流觸發(fā)三極體進(jìn)行位相控制,因此無(wú)電壓時(shí)段,即使使用高頻切換電路也無(wú)法消除閃爍問(wèn)題。上記電路為消除閃爍,未使用電容輸入型電路,改用填谷電路盡量減輕對(duì)電源的影響,因此本電路設(shè)置D4、D8、D9、C7、C9,以C7、C9串行電路使輸入的電壓峰值充電。
C7、C9相同容量時(shí),各電容器的充電電壓是輸入電壓峰值的一半,換句話說(shuō)輸入電壓峰值變成一半時(shí),各電容器開始放電,輸入電壓峰值變成一半為止則以填谷電路動(dòng)作,如此一來(lái)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓能夠維持一定,同時(shí)還可以高頻使LED點(diǎn)燈。圖3是填谷電路與輸出、入電壓波形。由圖可知輸入電壓波形是雙向交流觸發(fā)三極體輸出整流后的波雙向交流觸發(fā)三極體的ON時(shí)段(角度),大于900時(shí)會(huì)變成一半,低于900時(shí)=1/2×sin(180-ON時(shí)段)=1/2×sinθ。
第3是LED的電流調(diào)整電路,并不是可以使降壓轉(zhuǎn)換器維持一定頻率方式,而是采用能夠使OFF時(shí)段維持一定的方式,因此設(shè)計(jì)上要求承受輸入電壓、LED電流大范圍變動(dòng)。雖然動(dòng)作頻率隨著輸入電壓與負(fù)載改變,不過(guò)本電路可以完全忽略LED的閃爍問(wèn)題,輕易設(shè)定頻率范圍。評(píng)鑒基板的基本設(shè)計(jì)與動(dòng)作方式,建立在上記3項(xiàng)設(shè)計(jì)核心技術(shù),除此之外為設(shè)定條件,電路上還要求其它各種技巧。接著以8個(gè)LED為范例,探討評(píng)鑒基板的電路定數(shù)。
降壓轉(zhuǎn)換部位的動(dòng)作
圖4是降壓轉(zhuǎn)換部位相關(guān)電路圖,由圖可知它是由切換用FET Tr2、電感L2、續(xù)流二極管D10構(gòu)成降壓轉(zhuǎn)換部主要電路,除此之外電流復(fù)歸用電阻器R3、決定FET OFF時(shí)間的電容器C1、充電電路Tr3、R4、吸收波動(dòng)電流的電容器C12、LM3445的內(nèi)部結(jié)構(gòu),鎖定轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作,細(xì)節(jié)忽略不詳述。圖中的L5是磁珠電感,它可以抑制續(xù)流二極管D10的逆回復(fù)電流。
Tr2 ON時(shí),流入L2的電流取決于輸入電壓Vbuck與LED電壓VLED兩者的電壓差,最差情況LED的順電壓下降為3.99V,8個(gè)LED串聯(lián)需要31.9V。流入Tr2的電流除了受到電流指令最大值750mA的限制之外,有關(guān)對(duì)短路等異常電流的保護(hù),本電路備有電流限制器功能,不過(guò)Tr2正確動(dòng)作的代價(jià)是輸入電壓最大值有極限。
IC內(nèi)部的起動(dòng)電路一旦開始動(dòng)作,GATE信號(hào)變成H,就會(huì)使Tr2 ON進(jìn)入行程。LM63445即使ON,電流的檢測(cè)不會(huì)以一定時(shí)間進(jìn)行,IC內(nèi)部的125ns延遲時(shí)間內(nèi),電流檢測(cè)電阻R3的電壓R3,利用內(nèi)部FET持續(xù)限制在0V,PWM與I-LIN兩轉(zhuǎn)換器的輸入維持L狀態(tài),這樣的設(shè)計(jì)主要目的是考慮Tr2 ON時(shí),二極管D10的逆向回復(fù)電流很大,避免瞬間遷移至GATE信號(hào)變成OFF狀態(tài),轉(zhuǎn)換器可能無(wú)法起動(dòng)。
延遲時(shí)間內(nèi)Tr2 ON時(shí)電流的過(guò)渡變化,Tr2的電流與L2一旦相同,就進(jìn)入檢測(cè)L2電流變化的行程,該電流檢測(cè)功能有所謂無(wú)效時(shí)間,因此降壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓最大值時(shí),為確實(shí)保障此延遲時(shí)間,如圖5所示要求最小200ns的ON時(shí)間。延遲時(shí)間之后隨著直線上升的L2電壓,R3的電壓也直線上升,該電壓經(jīng)過(guò)電流感測(cè)端子ISNS輸入至PWM轉(zhuǎn)換器,一直到電壓到達(dá)電流指令值為止,GATE信號(hào)維持ON狀態(tài)。評(píng)鑒基板的電流檢測(cè)用電阻R3大約1.8Ω,PWM的電流指令值最大值,750mV時(shí)為417mA,延遲時(shí)間與溫度有依存關(guān)系,大約100~160ns。
PWM轉(zhuǎn)換器進(jìn)行IC內(nèi)部產(chǎn)生的電流指令值與R3電壓比較,R3的電壓超過(guò)電流指令值,H的信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部控制電路使GATE信號(hào)OFF。此外本電路還設(shè)置PWM轉(zhuǎn)換器不動(dòng)作時(shí)的I-LIM轉(zhuǎn)換器,超過(guò)1.27V峰值會(huì)使GATE信號(hào)OFF抑制電流。Tr2 OFF時(shí)L2的電流移至D10,L2則以LED的一定電壓開始再設(shè)定(reset),L2的電流呈直線性衰減,磁束則被再設(shè)定(reset)。評(píng)鑒基板的此OFF時(shí)間取決于LED的電壓,主要理由在動(dòng)作范圍,希望優(yōu)先正確進(jìn)行L2的磁束再設(shè)定。
決定OFF時(shí)間的電容器C11與定電流電路Tr3、R4,定電流電路利用LED的順向電壓,配合LED的電壓使電流流動(dòng)C11,C11的電壓呈直線性上升,利用該電壓與時(shí)間呈比例的特性。定電流電路的動(dòng)作非常簡(jiǎn)單,配合LED的順定下降電流流入R4,Tr3的基準(zhǔn)電流配合Tr2的增幅率電流流動(dòng),由于流入Tr3集極(collector)的電流與流入R4的電流幾乎相同,因此C11內(nèi)部有一定電流流動(dòng),該電壓呈直線性上升,C11的電壓被輸入至LM3445的COFF則進(jìn)入COFF的比較器(Comparator),電壓一旦超過(guò)1.276V基準(zhǔn)電壓,再度使GATE信號(hào)移轉(zhuǎn)至ON狀態(tài),換言之OFF時(shí)間是與LED的電壓呈比例的值。
綜合上記結(jié)論可知,GATE信號(hào)ON時(shí)IC的COFF輸入,亦即C11在IC內(nèi)部以33Ω的阻抗值短路,此時(shí)C11的電壓幾乎維持0V,一旦進(jìn)入OFF行程就開始對(duì)C11定電流充電,亦即開始時(shí)間計(jì)數(shù)。接著以評(píng)鑒基板為例試算OFF時(shí)間。
假設(shè):
由此可之電感L2的再設(shè)定時(shí)間大約3.2μs。電感L2的再設(shè)定電壓是LED的電壓VLED,它是一定值。電流直線性下降,持續(xù)到FET的下個(gè)ON為止。L2的電流變成連續(xù)的條件(不會(huì)變成0),該電流的變化成份,反而變成LED的波動(dòng)電流成份。
假設(shè):
OFFB時(shí)間=3.2μS
L2=470μH
如此一來(lái)就可以求得波動(dòng)電流:
接著試算ON時(shí)間,ON時(shí)轉(zhuǎn)換器的輸入電壓Vbuck與LED的電壓VLED的電壓差施加于L2,此處計(jì)算該波動(dòng)電流186mA的變化時(shí)間,假設(shè): 圖6是根據(jù)電路定數(shù)計(jì)算的L2最大電流波形,使用的LED最大平均電流為350mA,如果根據(jù)評(píng)鑒基板的定數(shù)計(jì)算,轉(zhuǎn)換器的公稱動(dòng)作頻率變成:
電流指令的電路與動(dòng)作
降壓轉(zhuǎn)換器的動(dòng)作概要如上記,降壓轉(zhuǎn)換器的電流指令利用雙向交流觸發(fā)三極體產(chǎn)生,圖7(a)是電流指令值產(chǎn)生電路;圖7(b)是動(dòng)作概要;圖7(c)是電流指令值的范圍。利用雙向交流觸發(fā)三極體體進(jìn)行位相控制的電壓,亦即雙向交流觸發(fā)三極體導(dǎo)通時(shí)輸入的電壓,被施加至Tr1的網(wǎng)關(guān)與汲極,一旦施加位相控制的電壓,雖然取決于Tr1的特性,不過(guò)此時(shí)大約10V的電壓被輸入至BLDR端子,輸入峰值7.2V的轉(zhuǎn)換器輸出遷移變成H,4μs后230Ω的負(fù)載加入轉(zhuǎn)換器輸入,可以補(bǔ)強(qiáng)雙向交流觸發(fā)三極體的拴鎖器電流,使雙向交流觸發(fā)三極體正確動(dòng)作。
BLDR轉(zhuǎn)換器的輸出變成峰值4V的脈沖列輸出至ASNS,該以R1、C3與IC出口的損失平順化,制作脈沖列的平均電壓,變成FLTR1的電壓。FLTR1的電壓則被輸入至RAMP轉(zhuǎn)換器,再與內(nèi)部的鋸狀波形比較,此鋸狀波形值為3V,谷底值為1V,F(xiàn)LTR1的電壓值低于1V,RAMP轉(zhuǎn)換器的輸出變成H,流入RAMP轉(zhuǎn)換器的電流指令值變成0V,反過(guò)來(lái)說(shuō)FLTR1的電壓值超過(guò)3V時(shí),RAMP轉(zhuǎn)換器的輸出變成L,連接的FET變成OFF狀態(tài),汲極電壓VQ大約750mA,因此流入RAMP轉(zhuǎn)換器的電流指令值,就是內(nèi)部電壓最大750mA。
由此可知FLTR1的電壓值與雙向交流觸發(fā)三極體的導(dǎo)通角度呈比例,可以檢測(cè)的控制角θ在一定范圍內(nèi)。雙向交流觸發(fā)三極體的導(dǎo)通角度為1800-θ,導(dǎo)通角度與半波周期比1800-θ/1800的值,在1/4~1/3范圍內(nèi),因此在450≦θ≦1350范圍內(nèi),產(chǎn)生與角度(1800-θ)呈比例的電流指令,θ=1350時(shí),電流指令=0V,θ=450時(shí),電流指令=750mV最大值。
周邊電路的設(shè)計(jì)
以上根據(jù)LM3445評(píng)鑒基板電路與電路定數(shù),探討電路動(dòng)作特性,接著介紹LM3445周邊電路的設(shè)計(jì)技巧。LM3445的主要功能分別如下:
(1)以位相控制的雙向交流觸發(fā)三極體為前提,將雙向交流觸發(fā)三極體的通電角度轉(zhuǎn)換成流入LED的指令值,支持位相角度450~1350范圍,電流指令值最大750mV~0V
(2)以降壓轉(zhuǎn)換器OFF時(shí)間一定方式為前提,優(yōu)先穩(wěn)定動(dòng)作,利用LED的電壓幾乎是一定的特征。
(3)降壓轉(zhuǎn)換器ON時(shí)脈沖寬度必需是最小值的限制,要求200ns以上,因此轉(zhuǎn)換器的輸入電壓有上限的限制。
(4)降壓轉(zhuǎn)換器的最低輸入電壓,要求雙向交流觸發(fā)三極體位相角度1350時(shí),交流輸入電壓值必需大于LED的電壓。利用降壓轉(zhuǎn)換器使LED的電流維持一定,LED的電壓VLED與轉(zhuǎn)換器的輸入電壓Vbuck比D在轉(zhuǎn)換器沒有損失時(shí),它與切換組件Tr2的ON時(shí)間,以及控制周期T的比完全相同,有損失時(shí)D與效率η呈反比率變大,此時(shí)使用下式表示:
評(píng)論